工业视觉系统应用 课件 项目一-印刷品综合检测

工业视觉系统应用（项目一/印刷品综合检测）包头职业技术学院目录学习目标01任务解析02知识链接03核心素养04思考与探索06岗课赛证要求07项目实施0501学习目标学习目标1.了解机器视觉技术的概念、特点以及发展趋势2.了解机器视觉技术在文字印刷质量检测领域的应用3.了解机器视觉系统应用实训平台的组成4.了解模块匹配技术、连通区域以及Blob分析技术5.熟练掌握工业相机、镜头、光源的选型方法6.掌握视野调焦和镜头对焦的具体方法7.掌握光源控制工具的运行和测试方法8.掌握二维码识别和轮廓缺陷识别的编程及应用9.掌握印刷品综合测量流程以及测量参数设置的方法1.培养严谨、科学的职业素养2.养成规范操作的岗位意识

3.树立安全生产责任意识和团队分工协作意识4.培养积极乐观、爱岗敬业的优良品质。）

1.能够熟练完成相机、镜头、光源的选用和安装2.能按要求完成视野调焦和镜头对焦3.能合理完成单幅视野的标定并保存标定结果4.能按要求完成二维码识别和轮廓缺陷识别的运行测试5.会进行印刷品综合检测的Kimage编程6.会进行测量数据的报表生成与显示1.将印刷样品放到检测区，平台移动至每个拍照位采图，检测六个检测区内的印刷内容，判断检测结果2.识别每个检测区二维码的内容，并生成数据报表知识目标能力目标学习策略素养目标02任务解析图1-1被测印刷品样品任务描述：本项目要完成印刷样品的综合检测印刷样品尺寸规格：180mmx100mm（印刷样品料盘数量1套）单个检测区的尺寸规格：43mm×45mm（分六次拍照检测）单个视野要求：65mm×50mm工作距离：250mm+10mm任务要求：遵循畸变最小、检测精度最高、印刷内容对比度最高的原则进行硬件选型/任务解析图1-1

被测印刷品样品1.编写视觉和运动控制程序（1）移动运动平台到第一个拍照位，点亮光源，拍第一张图片，熄灭光源（2）移动运动平台到第二个拍照位，点亮光源，拍第二张图片，熄灭光源（3）移动运动平台到第三个拍照位，点亮光源，拍第三张图片，熄灭光源（4）移动运动平台到第四个拍照位，点亮光源，拍第四张图片，熄灭光源（5）移动运动平台到第五个拍照位，点亮光源，拍第五张图片，熄灭光源（6）移动运动平台到第六个拍照位，点亮光源，拍第六张图片，熄灭光源/任务解析图1-2印刷缺陷示例图

（一）检测任务2.印刷内容检测检测内容包括：识别二维码、判断文字重影、判断印刷背景污渍、判断印刷缺失、判断印刷内容错误、判断印刷少墨、判断印刷偏位、判断图案颜色、判断印刷黑点。主界面显示要求：在主界面显示六次拍照的初始状态图像和检测结果/任务解析图1-3界面及结果显示（二）显示任务03知识链接知识链接（一）设备的组成及配件箱的介绍

机器视觉系统应用实训平台（型号：LX-VS2021-AI01）主要由实训机台、电控板、XYZ三轴运动模组、外置θ轴、报警灯、按钮盒、视觉安装夹具、产品托盘、光幕保护传感器、工控机、显示器、机器视觉器件箱、机器视觉工具箱等组成，平台尺寸为

620mm（宽）×650mm（深）×1450mm（高）（不含显示器和固定相机的型材横梁的尺寸）。图1-4

机器视觉系统应用实训平台图1-5

机器视觉系统应用实训平台结构示意图图1-6

机器视觉器件箱

图1-7

机器视觉工具箱知识链接（二）机器视觉设备光源串口与PLC欧姆龙串口的参数设置

1.光源通道参数设置

依次连接平行背光源及三色上光源通道，平行背光源连接CH1通道，红色光源连接CH2通道、绿色光源连接CH3通道、蓝色光源连接CH4通道，同时设置光源通道的端口号为COM5、数据格式为ASCⅡ、波特率为9600、无奇偶校验位、8位数据位和1位停止位。图1-8

光源参数设置示意图2.PLC欧姆龙通道参数设置

依次设置欧姆龙PLC的端口号为COM8、数据格式为Hex、波特率为9600、奇偶校验为奇校验、数据位为8位、停止位为1。图1-9

欧姆龙PLC参数设置示意图知识链接（三）相机、镜头、光源相关参数表1-1

可选择的相机型号类别编号分辨率曝光模式颜色芯片大小接口像元尺寸2D相机相机A1280x960全局黑白1/2”USB3.04.0um2D相机相机B2448x2048全局黑白2/3”GigE3.45um2D相机相机C2592x1944滚动彩色1/2.5”GigE2.2um表1-2

可选择的镜头型号类别编号支持分辨率(优于)焦距/倍率最大光圈工作距离支持芯片大小工业镜头12mm镜头500万像素12mmF2.0>100mm1/1.8”工业镜头25mm镜头500万像素25mmF2.0>200mm2/3”工业镜头35mm镜头500万像素35mmF2.0>200mm2/3”远心镜头远心镜头500万像素0.3XF5.4110m2/3”表1-3

可选择的光源类型类别编号主要参数颜色备注环形光源小号环形光源直射环形，发光面外径80，内径40mmRGB三者可以合并成AOI光源环形光源中号环形光源45度环形，发光面外径120，内径80mmG环形光源大号环形光源低角度环形，发光面外径160，内径120mm8同轴光源同轴光源发光面积60x60mmRGB

背光源背光源发光面积169x145mmW知识链接（四）模板匹配法1.模板匹配法

模板匹配法：就是把不同时间、不同成像条件下对同一景物获取的两幅或多幅图像在空间上配准，或根据已知的模式去另外一幅图像中寻找相应的模式。2.匹配技术（1）差影法：首先对两幅图像按照对应像素进行做差，然后根据做差结果取一阈值作为结果图像。

（2）灰度相关法：主要是以图像间的灰度相关性来衡量图像间的相似性3.缺陷检测缺陷检测：是指对物品表面斑点、凹坑、划痕、色差、缺损等缺陷所进行的检测，表面缺陷检测系统具有以下适用功能:1）自动完成工件与相机获取图像同步；2）自动检测产品表面斑点、凹坑、铜点、划伤等缺陷；3）可根据需要对缺陷类型学习并进行命名；4）可根据需要选择需要检测的缺陷类型；5）可根据需要自主设定缺陷大小；6）对不良位置进行定位，可控制贴标设备会打印设备进行标识；7）对不良品图像进行自动存储，可进行历史查询；

8）自动统计(良品、不良品、总数等)。知识链接（五）连通区域

位于坐标（x，y）处的像素P有4个水平和垂直的相邻像素,其坐标分别为：（x+1，y），（x-1，y），（x，y+1），（x，y-1）。这组像素称为P的4邻域，如图1-10所示，用N4(P)表示。

P的4个对角相邻像素的坐标分别为：（x+1，y+1），（x+1，y-1），（x-1，y+1），（x-1，y-1）并用N(P)表示。这些点与4个邻点一起称为P的8邻域，如图1-11所示，用N8(P)表示。

图1-10

4邻域

图1-11

8邻域1.4邻接像素Q位于像素P的4邻域内（也就是P的上下左右4个位置中的一个），且两者像素值相等。2.8邻接像素Q位于像素P的8邻域内（也就是P的上下左右和斜对角共8个位置中的一个），且两者像素值相等。3.m邻接在两者像素值相等的情况下，像素Q在像素P的N4中；像素Q在像素P的ND中且P的N4相交Q的N4为空。知识链接（六）Blob分析Blob：在机器视觉中主要是指在图像中由具有相似颜色或纹理等特征的图像所组成的一块连通区域。Blob分析：就是对这一块连通区域进行几何分析得到一些重要的几何特征。

1.图像分割

Blob分析实际上是对闭合形状进行特征分析。在Blob分析之前，必须将图像分割为目标和背景。2.形态学操作

形态学操作的目的是去除噪声点的影响。3.连通性分析

将目标从像素级转换到连通分量级。4.特征值计算

对每个目标进行特征量计算，包括面积、周长、质心坐标等特征。5.场景描述

1）全图像连通性分析（WholeImageConnectivityAnalysis）2）连接Blob分析（ConnectedBlobAnalysis）3）标注连通性分析（LabeledConnectivityAnalysis）04核心素养核心素养（一）机器视觉概述

1.机器视觉的定义机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是通过机器视觉产品将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

2.机器视觉的特点

机器视觉检测技术适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。3.机器视觉系统的组成

光源、镜头（定焦镜头、变倍镜头、远心镜头、显微镜头）、相机、图像处理单元（或图像捕获卡）、图像处理软件、监视器、通讯

/输入输出单元等部件。图1-11

8邻域核心素养（一）机器视觉概述

4.机器视觉的发展趋势2011年机器视觉产品电子制造行业的市场规模为5.0亿人民币，增长35.1%，市份额达到了46.3%。电子制造、汽车、制药和包装机械占据了近70%的机器视觉市场份额。

随着机器视觉应用场景的复杂多样，其与深度学习算法、3D应用技术、互联互通标准等技术的融合也越来越紧密。1）深度学习算法2）3D应用技术3）互联互通标准5.机器视觉图像检测的优势视觉检测就是用机器代替人眼来做测量和判断。视觉检测系统具有以下优势:（1）非接触测量

（2）具有较宽的光谱响应范围（3）长时间稳定工作（4）节省劳动力资源

核心素养（二）机器视觉技术在文字印刷质量检测领域的应用1.文字印刷行业发展现状

随着计算机技术、互联网技术、光电技术等对传统印刷行业的不断渗透，文字印刷逐渐向着数字化、网络化、系统化的方向发展。在这样的一种高速印刷过程中，由于生产设备老化、生产外部环境不佳、操作人员失误等因素，经常产生糊字、缺笔断划、斑点、滋墨、形变等文字质量问题。又由于印刷的高速进行使人眼来不及识别，使厂家蒙受巨大的经济损失。2.机器视觉技术的应用

可以实现对文字印刷质量实现快速且准确的检测与评价

图1-3机器视觉技术在印刷领域的应用图1-3在线视觉品检机核心素养（三）安全规范1.操作前要对设备进行安全检查，在确定正常后，方可投入使用；

2.机械设备的安全防护装置，必须按照规定正常使用，不准不用或者将其拆掉；3.机械设备的安全防护装置，必须规定正常使用，不准不用或者将其拆掉。

危险机械设备是否具有安全防护装置，要看设备在正常工作状态下，是否能防止操作人员身体任何一部分进入危险区，或进入危险区时保证设备不能运转（运行）或者能作紧急制动；4.设备所有者、操作者应当对自己的安全负责，使用安全设备，遵守安全条款；5.在开机时，电控箱内的空开（总QF1）的状态需要是断开状态，如果遇到空开是闭合状态，请断开总QF1再合上即可，时间间隔为2s；6.相机、光源等接线前要仔细检查对应的线和电压是否正确；

7.不要用手指去触碰镜头的镜头和相机芯片部分，如果不小心触碰后需要用擦镜布擦除干净；8.平台运行过程中，需停下来时，可按外部急停按钮、暂停按钮或直接通

过光栅制动，如需继续工作，可按复位按钮继续工作；

9.关机注意事项，当设备使用完毕时，先把电脑关机，再拍下断电按钮，

最后再断开QF1；

10.当软硬件发生故障或报警时，请把报警代码和内容记录下，最好拍摄现场照片或视频，以便技术人员解决问题；

11.实验结束，必须确保实验平台已经回到原位，再关电源、清理设备、整理现场；

12.拆下的相机、镜头或样品等必须按要求放入抽屉或手提箱中指定的位置摆放整齐。

05项目实施项目实施（一）硬件选型及安装1.相机选型

照项目要求进行分拣，必须要采用彩色相机，同时检测区必须在光源范围内，选择型号为彩色2D相机（相机C），彩色2D相机的具体参数如图1-4所示。像素2592x1944最大帧率23fps接口GigE,POE传感器类型CMOS颜色彩色靶面1/2.5"快门滚动位深10位像元2.2μm宽动态范围50dB增益X1-X32快门值40μS-1S尺寸29*29*42mm(不含镜头座和后壳接口)供电方式DC6V-26V，POE功耗≈2.8W@12V镜头接口C-mount工作温度-30°C~+50°CGPIO6芯

Hirose接口：1路光耦隔离输入，1路光耦隔离输出图像缓存支持

64MB存储通道支持

2组用户自定义配置保存2.工业镜头计算与选型表1-4

彩色2D相机（C相机）参数表（1）像长的计算根据像长计算公式：像长

L（mm）=像元尺寸（um）×

像素（长、宽）

即彩色2D相机内部芯片的像长L的长和宽分别为5.70mm、4.28mm。项目实施（一）硬件选型及安装

（2）焦距的计算

在选择镜头搭建一套成像系统时，需要重点考虑像长L、成像物体的长度H、镜头焦距f以及物体至镜头的距离D之间的关系，物像之间简化版的关系为：

根据任务要求，印刷品综合测量的工作距离为250mm+10mm，单个视野的长宽为65mm×50mm，取工作距离的最大值260mm为机械零件至镜头的距离D，65mm、50mm为成像物体的长度H，因此在焦距的计算中需要分别对长和宽进行计算。项目实施（一）硬件选型及安装表1-5HN-P-2528-6M-C2/3工业镜头参数（3）工业镜头的选型根据焦距计算公式，计算得出长边焦距f等于22.81mm，短边焦距f等于22.24mm，并考虑到实际误差，故选择的镜头焦距f应小于26.4mm，根据设备所提供的3种镜头，选择型号为HN-P-2528-6M-C2/3焦距为25mm的镜头，相关参数如表1-5所示。编号25mm镜头型号HN-P-2528-6M-C2/3靶面尺寸2/3"支持像元尺寸（um）最小2.4焦距（mm）25

±

5%光学总长（mm）30.2

±

0.2法兰距（mm）17.526

±

0.2光圈范围（F数）F2.8

-

F16视场角（H×V）I

(HxV)20.40°

×

15.50°

(25.44°)像质光学畸变±

0.4%

TV畸变0.2%聚焦范围0.2m

-

∞前螺纹M27

×

P0.5-7H接口C

口尺寸(D×L)

(mm)Φ33.0

×

31.2

(不含螺纹)3.光源选型

根据项目要求，可根据样品尺寸选择使用平行背光源、环形光源和同轴光源。4.硬件安装（1）将相机、镜头、光源、治具等在合理位置安装，保证安装稳固，镜头与相机连接螺纹圈须拧紧（2）镜头调试好之后，用顶丝锁紧对焦环及光圈环；记录硬件的安装参数等结果（3）完成相机、光源、旋转轴、通讯网络等电路接线，完成气路的连接，走线正确规范、整洁、牢固、物理接口选择正确。项目实施（二）印刷品综合检测图1-12

印刷品综合检测过程思维导图项目实施（二）印刷品综合检测1.回零（1）首先打开Kimage软件，进入软件界面后点击配置图标，打开配置界面，新建文件，产品名称命名为印刷品综合检测，如图1-13所示。（2）然后打开工具组界面，重命名工具组为回零，如图1-14所示。（3）打开回零工具组，添加PLC控制按钮，双击打开PLC控制界面，依此点击回零设置、解除中断及执行按钮，完成回零设置，如图1-15所示。（4）新建M模块，并重命名为印刷品综合检测，如图1-16所示。图1-13

新建文件图1-14

回零图1-15

回零设置图1-16

模块建立项目实施（二）印刷品综合检测2.印刷品1检测首先添加工具组，并重命名为“印刷品1”，然后继续添加PLC控制、光源控制、相机、定时器、光源控制、二维码扫描、形状匹配、缺陷检测工具。印刷品1检测程序流程如图1-17所示。打开光源控制界面，设置光源参数，相机拍照之前需点亮一定亮度的背光光源，增强拍摄图像的清晰程度，本例中背光源连接的是通道1，设置背光源的亮度值为50。具体可参照图1-18。打开定时器界面进行参数设置，设置延时时间间隔为200-500，具体可参照图1-19。图1-17

程序流程界面图1-18

光源设置图1-19

定时器参数设置项目实施（二）印刷品综合检测打开二维码检测界面，点击执行，执行结果如图1-20所示。打开形状匹配工具界面，点击工具绑定右侧小三角，点击清除，并引用相机输出图像如图1-21所示，点击注册图像，用蓝色线框框选覆盖印刷品1的完整图像，同时用红色线框框选二维码进行屏蔽如图1-22所示，然后依次点击设置中心、创建模板与执行按钮，执行结果如图1-23所示。图1-20

二维码检测结果图1-21

形状匹配对话框

图1-22

注册图像框选结果界面图1-23

形状匹配执行结果项目实施（二）印刷品综合检测

打开缺陷检测工具界面，设置具体参数，工具引用设置为定位，检查模式选择外侧，最大阈值设置为200，最小阈值设置为-100，具体参数设置如图1-24所示。

点击注册图像，用蓝色线框框选覆盖印刷品2的完整图像，同时用红色线框框选二维码进行屏蔽，注册结果如图1-25所示，执行结果如图1-26。图1-24

缺陷检测工具图1-25

缺陷检测注册结果图1-26

缺陷检测执行结果

项目实施（二）印刷品综合检测3.印刷品2检测

继续添加工具组，并重命名为“印刷品2”，然后添加PLC控制、光源控制、相机、定时器、光源控制、二维码扫描、形状匹配以及缺陷检测工具等工具，完成光源参数、定时器参数设置。

打开二维码检测界面，执行结果如图1-27所示。

打开形状匹配工具界面，依次点击注册图像、设置中心、创建模板、执行，执行结果如图1-28所示。

打开缺陷检测工具界面，点击注册图像，执行结果如图1-29。图1-27

二维码检测结果图1-28

形状匹配执行结果图1-29

缺陷检测执行结果项目实施（二）印刷品综合检测4.印刷品3检测继续添加工具组，重命名为“印刷品3”，添加PLC控制、光源控制、相机、定时器、光源控制、二维码扫描、形状匹配以及缺陷检测工具，完成光源参数、定时器参数设置。打开二维码检测界面，执行结果如图1-30所示。打开形状匹配工具界面，依次点击注册图像、设置中心、创建模板以及执行按钮，执行结果如图1-31所示。打开缺陷检测工具界面，点击注册图像，执行结果如图1-32。图1-30

二维码检测结果图1-31

形状匹配执行结果图1-32

缺陷检测执行结果项目实施（二）印刷品综合检测5.印刷品4检测

继续添加工具组，重命名为印刷品4，添加PLC控制、光源控制、相机、定时器、光源控制、二维码扫描、形状匹配以及缺陷检测工具，完成光源参数、定时器参数设置。

打开二维码检测界面，执行结果如图1-33所示。

打开形状匹配工具界面，依次点击注册图像、设置中心、创建模板以及执行按钮，执行结果如图1-34所示。

打开缺陷检测工具界面，点击注册图像按钮，执行结果如图1-35。图1-33

二维码检测结果图1-34

形状匹配执行结果图1-35

缺陷检测执行结果项目实施（二）印刷品综合检测6.印刷品5检测

继续添加工具组，重命名为“印刷品5”，添加PLC控制、光源控制、相机、定时器、光源控制、二维码扫描、形状匹配以及缺陷检测工具，完成光源参数、定时器参数设置。

打开二维码检测界面，执行结果如图1-36所示。

打开形状匹配工具界面，依次点击注册图像、设置中心、创建模板以及执行按钮，执行结果如图1-37所示。

打开缺陷检测工具界面，点击注册图像按钮，执行结果如图1-38。图1-36

二维码检测结果图1-37

形状匹配执行结果图1-38

缺陷检测执行结果项目实施（二）印刷品综合检测7.印刷品6检测

继续添加工具组，重命名为“印刷品6”，添加PLC控制、光源控制、相机、定时器、光源控制、二维码扫描、形状匹配以及缺陷检测工具，完成光源参数、定时器参数设置。

打开二维码检测界面，执行结果如图1-39所示。

打开形状匹配工具界面，依次点击注册图像、设置中心、创建模板以及执行，执行结果如图1-40所示。

打开缺陷检测工具界面，点击注册图像按钮，执行结果如图1-41。图1-39

二维码检测结果图1-40

形状匹配执行结果图1-41

缺陷检测执行结果项目实施（二）印刷品综合检测六块印刷品综合检测结果如图所示1-42所示。图1-42

六块印刷品检测结果

添加工具组，并在工具组中添加保存表格工具，绑定二维码的识别结果、具体结果参见图1-43。（三）保存表格图1-43

识别结果06思考与探索思考与探索1.什么是机器视觉？2.

机器视觉系统应用实训平台有哪些部分组成？3.缺陷检测工具参数如何设置？4.模板匹配工具如何设置？5.根据项目实施完成任务评价表：完成时间

成绩评定

选用相机型号

选用镜头型号

选用光源及参数

主要选用工具

综合检测结果图像粘贴处：项目实施过程中存在的问题及解决方案：

项目实施完成任务评价表任务评价表项目标准单项分自评得分小组评分教师评分硬件选型、安装及调试（20分）

相机选型正确2

镜头选型合理2

光源选型合理2

光源控制工具运行正常2

视野符合要求2

R轴接线正确2

R轴气路运行正常2

PLC回零正确2

PLC定点移动正常2

PLC位置获取正确2

工具的配置（18分）

配置工具合理15

光源频闪控制正常3

印刷品综合测量（52分）

印刷品1检测结果显示正常7

印刷品2检测结果显示正常7