基于机器视觉的全自动汽车零件筛选系统

　　1　总体设计方案

　　基于机器视觉的全自动汽车零件筛选系统总体设计方案如图1所示。该系统由图像采集获取模块、图像处理识别模块和传送筛选模块组成[1-2]。其中图像采集模块包括了光源、CCD摄像头、IO卡、图像采集卡;图像处理识别模块主要为PC机;传送筛选执行模块包括传送装置和气压剔除装置等。

　　其工作过程是:由传送装置传送汽车零件,金属传感器检测到零件后产生触发信号,信号经过调理和延时[3],当零件送到CCD摄像头视场内,由成像系统捕捉抓拍,图像采集卡将图像采集到计算机内部;然后运用图像处理技术对采集到的原始图像进行预处理以改善图像质量,对图像分割从中取感兴趣的特征量;最后运用模式识别技术对取得特征量进行分类,由IO卡输出控制信号决定是否剔除装置产生动作以完成筛选。

　　2　硬件系统的设计

　　2. 1　传感器触发信号的调理、延时电路的实现

　　采集零件图像时,需要传感器的信号来触发CCD,然而由传感器直接产生的信号与CCD工作电平不匹配,并且为了在传送过程中更精准地抓拍图像需要可调的延时。图2所示的传感器触发信号的调理、延时电路解决了电平匹配和可调延时这2个问题。系统采用FR12-4DN型传感器,它对金属探测范围为0~4 mm,若没探测到金属时输出信号为+12 V,若有则为0 V.如图2所示,无零件时传感器输出信号+12 V通过U1前一级运放(OPA606)转换为-5 V,再经过二级运放转换为+5 V,然后通过U3反向器(74LS04)为低电平0 V.实现了当有零件时为高电平1,无零件时为低电平0。为了增加电流的驱动能力,同时满足IO板卡内芯片8253GATE引脚的电平要求,采用Q1集电极开路加上拉电阻的方法。这样就完成了电平的幅值转换和逻辑转换。

　　传感器触发信号的延时是通过PCI板卡( IO700)中8253可编程计数器/定时器实现的。IO700内有4片8253芯片,每片有3组计数器/定时器,第一片8253的第二组记数器的门控为高电平,时钟是2MHz的内部时钟,它的输出信号用于产生外部时钟源,用该输出接入到第二片8253第三组脉冲计数通道,即图2中连接的是8253-0的OUT1引脚接8253-1的CLK2引脚。

　　利用API函数得到所选用那片8253的地址,先写入控制字,再写入记数初值的初始化编程。使第一片8253工作在方式3(可调方波频率发生器)以设置时钟源,使第二片8253工作在方式5(硬件触发选通方式)以设置延时时间。延时后输出一个宽度等于时钟周期的负脉冲,而采用的CCD要求触发为上升沿、高电平,故在8253 -2的输出OUT2引脚加反向器74LS04。

　　2. 2　图像采集装置的设计

　　获取高质量的图像是机器视觉系统进行零件分类识别的关键。综合考虑光源设计时的镜头的视场、光源与工件的间距、工件的外形、颜色、照度等因素[4]和不同尝试,项目选取了WG-24V环型白光源。系统采用的是灵敏度高、抗强光、抗震动的MTV-23F1型号CCD摄像头,光学格式为1/3英寸。由于相机本身响应的不均匀性、暗电流以及偏置所引起的小的不均匀性(又称作“不平场”)存在,故通过平场校正使校正后的图像能够有效、真实地表现被测目标的亮度信息。