【《某物体裂缝检测系统总体设计案例分析》6600字】

某物体裂缝检测系统总体设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u2166某物体裂缝检测系统总体设计案例分析 1234231.1系统功能分析 1190461.2系统总体设计方案 2158411.2.1机器视觉系统 2313141.2.2系统总体方案 3148541.3系统硬件设备选型 3119701.3.1工业相机 4154151.3.2工业镜头 7315691.3.3光源系统 9185051.3.4PC机选型 11165071.3.5控制系统 121941.3.6报警装置 12130001.4系统软件设计 13系统功能分析本文正在研究开发一种在线缺陷检测软件系统，主要用于检测高速道路表面的各种缺陷。整个系统设计包含了硬件系统设计和软件设计。包括通用工业数码相机、光学成像镜头、光源、工业自动控制器和计算机、显示器、控制器和自动报警装置。这个检测系统的主要重点任务是实际的机械工业质量检测。1.该系统可以在用户实时界面上显示物体下层的图像，并将加工后的图像映射到相应区域进行比较;2.系统控制接口是直观和简单的，可以用来调整工业相机和图像处理参数，并控制系统的发射和关闭;3.成熟、高可靠性、良好整合、支持二级发展的系统软件分析技术;4.它可以实现实时传输和存储数据，方便用户查询统计数据;5.系统可能会显示破裂的迹象。系统总体设计方案机器视觉系统人们可以收集事物的特征，并通过视觉进行进一步的测量和判断。机器视觉系统必须通过计算机模拟这个功能。机器视觉是计算机科学的一个重要领域，结合了许多技术和许多领域。并购技术包括计算机设备和软件、光学技术、机械技术和电子技术。这包括光电集成、计算机、图像处理、图像识别、信号处理和人工智能。机器视觉系统的一个前沿部分是视觉传感器，它收集测试对象图像的特征，并将其转换成图像信号，然后返回系统。系统根据相应的算法和程序来处理它们，提取像素分布、亮度、颜色和其他参数。信息，并将其转化为数字信息，通过一种特定的算法来处理信息和提取目标特征，实现了自动系统识别功能。机器视觉系统的好处是高度自动化和简单的信息整合。因此，在现代自动生产中，机器视觉系统被广泛用于监测工作状态。机器视觉系统通常由相机、光源、图像收集图、状态映射和通信单元组成，如图3-1所示。图3-1机器视觉系统的组成图系统总体方案基于机器视觉技术和系统优势在线实时检测机器视觉无损快速、准确自动化和t.d.工业相机使用作为数据采集模块系统,而VS2010和emgucv库用作主要软件实时数据处理系统图像处理。该系统的总体结构包括led光源、工业相机、pc、控制器和报警装置，如图3-2所示。图3-2系统结构图该系统的基本原理是，两个相同类型的工业摄像机并排安装在物体的头部附近，固定在物体的上部和下部之间，而物体的下部被光线照射。一个合适的led光源在一个特定的角度。工业摄像机通过USB数据传输线路将接收到的图像实时软件平台传输。计算机开发的软件系统实现了原始图像的处理序列。他们得到了关于管道胶带断裂的特征信息。根据这些特征，正在进行分离识别，并实现了发出警报的目标。系统硬件设备选型选择硬件是机器视觉系统中非常重要的一部分。该成像系统主要由各种工业数码相机、光学成像镜头、光源、工业移动计算机、控制器和报警装置组成。由于该系统是基于应用程序的实际设计，因此设备的选择必须符合所需的系统功能，因此设备的选择在整个系统结构中非常重要，并且决定了系统的成本。工业相机相机本身就是一个光电传感器，将图像的光学信号转化为电子信号。相机作为获取图像的关键设备，在机器视觉系统中模拟人的眼睛。它的原理是把聚焦在图像平面上的光信号变成一个有序的电子信号来产生图像。相机的不同参数是不同的，收集到的图像的质量、深度和分辨率也取决于相机的类型和模型。因此，在特定的检测环境中，相机的选择对整个系统的稳定性具有重要影响。与普通相机相比，工业相机的优势如下:1.稳定工作、可靠性、易于安装、长期持续工作和在不利条件下使用的能力;2.暴露时间很短，移动物体可能是3.图像传感器4.的队形扫描5.帧的高频。适合高质量图像处理算法的广泛光谱。工业摄像机可以按敏感芯片的类型分为psc和cmop。它们都将光学信号转换成电子信号来形成数字信号，区别在于数字信号传输模式。pds图像传感器也被称为充电。除了光电转换功能之外，它还可以存储、传输和读取信号。psc-基质收集到的每一像素电荷的数据将轮流传输到下一个像素中，然后从底部取出，然后由传感器边缘的放大器放大。最后，我们得到了图像信号。在整个过程中，没有延迟，没有噪音，工作电压低，图像质量高，但是能源消耗是巨大的，成本相对较高。图像传感器也被称为额外的金属氧化物半导体。在同一个高频微芯片中，它将两个高频光敏信号控制元件、图像源和信号转换放大器、信号传输转换器和读取输入集成电路、数字信号传输转换读取集成电路的两个高频模拟信号i和o或og、图像源和一个信号处理器和一个图像信号控制器连接起来，因此每个字符串中的每个像素都将与放大器和模拟数字转换电路并列。然后数据被输出到内存中，因此CMOS图像传感器具有更好的集成，它有低能源消耗、低成本、宽动态范围和高传输速度的好处，但也有许多图像噪声和低质量的缺点。与CMOS相比，CCD的成本低，能源消耗低，图像质量高。集成，但是pds在分辨率、质量和敏感性方面更好。随着pds和cmop技术的持续发展，它们之间的区别逐渐减少。目前，cmop相机的缺点是信号/噪声比低，分辨率低，敏感度低，在不同领域广泛使用。cmos摄像机的优势如下:每个单位像素处理单元都配备有自己的功率放大器和信号转换控制电路，可以在短短的时间内以高快的速度准确处理大量图像数据；CMOS工作电压比CCD低许多，他的功率相比CCD也小了很多，体积可能很小；3)光电CMOS传感器比CCD更容易，读取能力更灵活，成本更低。根据CMOS相机的优点和工业应用的研究和发展趋势，CMOS相机被选择来探测管道胶带的表面。该地区CMOS摄像机的相关参数如下:(1)分辨率:相机图像中的像素总数，通常由像素水平x表示。每个像素的深度:每个像素的比特数，包括8位、10位、12位和t。(3)帧频率:每秒收集的帧数。实际上，分辨率与帧频率成反比。相机的分辨率越高，帧频率越低。(3)曝光模式和快门速度:主要的区域显示模式是帧显示、场显示和滑动线显示。数码相机的曝光时间可达10微秒。(4)像素的大小:每个像素的实际大小。一般来说，像素越大，图像处理质量也就越高。(5)信号/噪声比:信号/噪声比。信号/噪声比越高越好。(6)模拟数据机的输出输入接口接口x:主要组成是ieusb2.0、iee1394和iegige三个接口。SUB广泛地应用于各种移动穿戴设备、电脑、相机、数字电视和其他应用领域。USBEC接口驱动程序的使用成本远远要低于1394和gigigeic接口驱动程序。USB的总成本要低15-30%。其他一些数码相机比如工业级的摄像头和它的USB数据接口之间可以直接相互连接使用到从UPC通过线和USB连接数据传输线，而为了工作1394电脑1394需要安装地图数据采集，当时不适合pc端相机应该如何为相机提供了额外的电源，所以USB接口系统来说是更好的选择。目前,USB接口协议正在不断更新。USB3.0的传输速度是USB2.0的5倍，比1394快3倍，比GigE快2.5倍。在未来，USB这种接口将不会成为许多工业电子应用程序的主要应用接口。通用图像计算机通常可以同时接收1-2个USB这种工业级的摄像头，这非常符合本文的图像检测处理系统，它的stability非常好，因此本文使用了它的USB这个接口。本文选择了带有USB接口的CMOS发现mh15，如图3-3所示。它的读出噪声水平非常低，比传统的CCD相机低3到5倍。它的技术指标在表3-1中是相等的。图3-3DiscoveryMH15工业相机表3-1DiscoveryMH15工业相机技术指标型号DiscoveryMH15最大分辨率1270*1030像素点尺寸3.63微米*3.63微米读岀速度15fps(1270*1030)30fps(664*512)binning2*2读岀噪声3e-(r.m.s)量子效率最高76%满井容量18000e-动态范围4500：1(增益1X)A/D转换12bit，全4096级灰度曝光时间1-5000毫秒曝光控制手动/自动白平衡手动/自动光学接口标准C接口滤光片石英/光学玻璃接口材质高强度不锈钢可调环数据接口USB2.0工业镜头在机器视觉应用领域，虽然相机、分析软件和照明来源对机器视觉非常重要，但最重要的部分是工业相机的镜头。镜头成像是一个技术化的视觉成像系统中最重要的部分。它的主要应用功能之一是在感光图像处理感光器的表面用来测量一个物体的感光图像。如果你的图像处理质量太低，将直接影响基于机器视觉处理系统的一个整体视觉性能。因此,选择和完全安装电视镜头对一个机器视觉控制系统非常重要。选择镜头必须符合系统的要求。在选择镜头时，考虑到以下因素:选择的镜头必须与相机上的接口和镜头大小尺寸相匹配。有三种标准界面类型:F型、C型和CS型。不同焦距的镜头使用不同的界面。镜片长度超过25毫米，选择F型接口，这也是一个常见的接口。当镜头的焦距小于25毫米时，镜头的大小通常是小的，因此CS通常考虑的是镜头的类型或c型接口，镜头的大小必须大于或等于相机的平面来提高图像的分辨率。界面类型显示在表3-2和表3-3中。表3-2F型接口类型摄像物镜焦距表（mm）类型鱼眼型超广角型广角型标准型焦距7.5,1517,2024,28,3550表3-3C、CS型接口摄像物镜焦距表（mm）类型1/3"1/3",1/2”2/3",1”焦距2.8-3.53.5-68-75根据镜头的参数来选型，如图3-4所示。参数主要有：图3-4镜头参数示意图从镜头中心到图像平面的焦距，决定摄影范围相对隔膜与镜头有效的D隔膜与焦点距离的关系，即相对孔=D/f;f光圈数用于控制镜片的光流，这相当于相对孔径的反向;测量对象能见度的FOV距离;从镜头前部到发现对象的工作距离;分辨率是在图像平面上1毫米内允许的黑白线的数量;当物体接近或远离最佳焦点时，DOF透镜强度的深度，B光放大;当透镜形成图像时，图像会变形，形成图像错误。焦距越小，深度越深，扭曲越严重，偏差现象越严重，偏差边缘的亮度越低;隔膜越大，亮度越大，清晰度越低，分辨率越高。在选择镜头时，你必须选择一个镜头，它比测量对象的视野大一点，以促进运动控制。三)虹膜有两种类型:手持和自动。根据灯光的变化选择合适的类型。如果光线的变化不明显，选择手持隔膜，否则选择自动隔膜。这个系统应该取下800毫米宽的丝带。选择了两个工业摄像机。每个摄像头至少检测400毫米，工作距离约300毫米，安装空间约400毫米。镜头大小约为4毫米。该系统选择了azure-ir02812zm手摇工业物镜，其具体参数在表3-4中。表3-4AZURE-IR02812ZM手动工业镜头参数靶面尺寸1/2"接口C焦距2.8〜12mmF值1.6光圈类型手动视场角98°~30.5°最小物距0.1m外观尺寸043x67.5mm重量140g像素2MP光源系统在这种输送带激光检测应用环境中，本文主要采用的激光是新型双目激光视觉，受主体上下两个输送带检测空间与上下检测区域面积两个因素不同影响，将带有条状线的led两种光源分别安装于两个数码相机之间，采用直接照明检测方式。在机器视觉系统中，高质量图像的数据是整个系统的重要先决条件和保障。几乎所有的信息都来自于收集到的图像，因此获取图像也是机器视觉系统的核心。在机器视觉水平上，需要安装一个合适的光源系统，这将对输入质量和处理后处理的精度和速度产生重要影响。在正确接收目标图像时,背景图像信息可能会直接干扰到对目标图像信息的正确接收。选择合适的光源能够提供最佳信息分为图像成像、减少复杂性分割和识别算法在较晚的阶段,提高系统的可靠性,所以光源质量将直接影响识别系统设计和整个系统的精度,这是ctor主要问题,以确定系统是否能达到预期效果。工业过程控制下常见的金属防爆灯被细分为金属防爆塑料光纤、金属防爆卤素、荧光灯、led应用光源和特殊应用光源(例例如光学激光和金属x射发光)。卤素荧光灯，也被广泛称为彩色钨灯或卤素荧光灯，是一种高强度、高颜色、方便使用和维护的白炽灯，但反应速度很低。光线很低,亮度和光的颜色以及温度几乎没有任何变化。管子地表温度高(高达500-700°C)办事的贵，光学卤素灯可能由光纤制成的。金属卤素灯最大的优点是它有很高的反光率和良好的颜色传输。它们适合光线充足、颜色充足的房间。他们的打击能力很差，脾气也很暴躁。直接管式荧光灯的好处包括较短的寿命、较低的功率、较低的质量、较低的白炽灯和更高的安装成本。高效的荧光灯有很高的反射率，适合均匀地照明，高功率，但成本很高。当环境温度低于或高于50°C-10°C,或者用于水和潮湿的环境,灯泡寿命会缩短。led灯可以以适当的形式组合，并根据几个led的需要达到所需的亮度。led灯有低能耗、快速反应、小容量、便携式设备、高能见度和长寿命、合理价格和低噪声和振动的好处。系统不使用特殊的光源，比如激光。与上述类型的光源相比，本文选择了LED光源。随着led生产技术的发展，led在机器视觉工业中被广泛使用。机器视觉光源系统通常是按照特定的检测要求设计的。它的形状和位置没有固定。实际使用时，应在目标和测试对象上进行详细的环境调查，并根据实际情况选择适当的照明方式，以确保最佳的光线效果。根据光源的相对位置，摄像机和物体的测量照明模式可分为下列一般类型:直接照明:直接照明模式，在测试对象中直接照明，摄像机接收图像。因此，摄像机接收到的图像对比相对较高。由于安装这种照明系统是最简单、最适合于光源的，所以直接照明也是最常见的照明模式。照明:激光照明方式是指使物体后部受光辐射的一种照明方式，与直接照明相同或对应。光不能准确反映任何受试者在任何图像环境中的任何表面结构特征，但光可以显著分离受试者的轮廓。因此，这种运动照明检测方法经常被人们用来用于确定一个物体的运动方向或用来测量一个物体的体积大小。暗场照明:因此，光源不会直接投射到物体的表面，而是以特定的角度投射，因此物体的表面会在黑暗的背景中产生亮点。在这种照明方法中有两种常见的应用，一种是发现突出的对象。产生均匀扩散反射光，所以它主要作为适用于粗糙物体表面或带有反射发光物体的扩散物体，在反射物体上需要使用均匀的光照明。它同时具有快速获取每个不同细节之间图像的巨大重要性。同轴线光辐射:指照相机、光源和其他物体在同一条同轴线上,同时安装下分光镜。光源将光线投射到光谱仪上,然后用光谱仪将光线投射到测试对象上。当一个受试者的激光检测材料表面不明显，,可以考虑使用这种激光照明检测方法。在物体检测中，这种纸使用双筒望远镜视觉。在空间和物体探测区域的影响下，一个led光源被放置在两个摄像头之间，并直接照明。PC机选型在这个系统中，pc是图像处理的基本设备。在收集了大量的图像数据后，它们被传输到个人电脑上。pc运行相应的软件和软件算法来处理图像。因此，为了确保检测速度和整个系统的性能水平，pc的选择是重要的。在这个系统中，有大量的数字图像数据需要处理，所以计算机以很高的计算速度被选中。在实验中，LenovoThinkPadt510i被使用，配置显示在表3-5中。表3-5PC机ThinkPadT510i主要参数型号ThinkPadT510i43145VC处理器Intel酷睿i5双核430M处理器（2.26GHz主频/3MB三级缓存）芯片组IntelQM57芯片组标准内存2GBDDR3硬盘容量320GBSATA接口5400转特点该CPU支持TurboBoost睿频技术，可自动超频至2.53GHz显示芯片NVIDIAQuadroNVS3100M独立显卡，512显存显示屏15.6英寸1280x800网络连接/无线1000M以太网卡，Intel1000BGN802.11b/g/n扩展接口3个USB2.0接口重量（kg）2.67kg操作系统正版Windows7Professional专业版软件支持WindowsMicrosoftVisualStudio2010、EmguCV、OpenCV等控制系统s7-200使用一个rs485接口，与其他物理通信协议上的rs232接口不同。因此，该操作系统也被使用了:siemensppi使用电缆接口来直接完成两个不同接口协议之间的数据转换，以实现plc和pc之间的连接。计算机管理软件可以通过它的siemensopc内存服务器自动读取和管理记录siplcc的内存，以便