论文部分内容阅读
[摘 要]用图像传感器对生产线上的瓷砖进行非接触尺寸测量可以大大提高测量的精度和效率，该方案也可应用于各种非透明板材生产线的在线非接触高速、高精度的检测领域。
[关键字]线阵CCD；尺寸测量；在线检测
中图分类号：TP719 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0344-01
1、引言
瓷砖如今已是人类必不可缺的装修材料，它的出現促进了人类文明的进步，改变了人类的生活，给人类带来了极大的便利。在一般情况下使用人们对各个瓷砖的外形尺寸偏差没有特殊的要求，但是在一些比较重要的装修和使用场合就要求各个瓷砖具有“一致性”，尺寸和花纹等的偏差必须在一定的范围内。本方法对瓷砖外形尺寸的测量具有尺寸测量的普遍意义，它是测量各种具有一定宽度的物体、工件与产品外形尺寸的典型实例。能够完成这个题目就能够对钢板、铝板或塑料板材等不同大小的金属与非金属板材的外形尺寸进行精确测量，也就是说这种测量方法能够引发出更多类似的测量项目。
2、瓷砖外形尺寸的测量技术要求
该系统用来测量生产线上正常运行中的瓷砖外形尺寸，在生产线上瓷砖以6m/min的速度运行，相邻两个瓷砖的间隔为400mm，要求能实时测量并判断出瓷砖的外形尺寸是否满足产品质量要求，根据测量数据进行分选、包装。在发现不合格产品时要发出声光报警信号，以便检查人员及时将其剔除。
在生产线上应该测量出瓷砖的主要参数为：
1、长度：测量范围500mm～800mm；测量精度不低于±0.2mm；
2、宽度：测量范围500mm～800mm；测量精度不低于±0.2mm；
3、对角线尺寸：测量精度不低于±0.2mm；
3、在线瓷砖外形尺寸测量的设计方案
根据测量技术要求，瓷砖以6m/min的速度在传送带上平稳运行，相邻两个瓷砖的间隔为400mm，瓷砖生产线生产的瓷砖为500、600与800mm的正方形（属于批量生产过程），要求测量仪器能够测量500、600与800mm的瓷砖，测量精度不低于±0.2mm。所以利用多个线阵CCD相机拼接来保证测量的精度，为此，采用多线阵CCD同步数据采集系统并用线激光器作为光源来进行同步测量其外形尺寸与转角。
3.1数据采集与处理
由于线阵CCD摄取的图像是瓷砖的边界，能够采取相应的措施突出边界信号，为此瓷砖检测边界的数据采集完全可以采用“二值化”的方法，既简单、快速又不会形成大量的数据处理的问题。因此在线阵CCD的一个行周期内就能够获得瓷砖边界值。如果将仪器所用的线阵CCD都采用“同步驱动”的方式使它们同步工作，便可在线阵CCD一个行周期内获得4路CCD摄取的边界信息，然后根据它们所处的位置计算出瓷砖的宽度与边界位置。再根据瓷砖宽度方向两边界的位置能够判断出瓷砖是否偏斜以及瓷砖两条边是否平行，为后面计算瓷砖的对角线尺寸提供依据。
3.2在线瓷砖外形尺寸测量原理
在线瓷砖外形尺寸测量原理如图1所示，在瓷砖的上方安装了4个线阵CCD相机，其线阵CCD像敏单元在瓷砖上的投影如图2中所示。其中线阵CCD1与CCD2构成瓷砖宽度方向尺寸的测量传感器，并且通过瓷砖的运动能够测量出瓷砖在运动方向的偏斜。线阵CCD1与CCD2必须同步工作，否则会因不在同一时段采集的尺寸而产生误差。
线阵CCD3与CCD4构成瓷砖宽度方向的倾斜与运动速度的测量系统，同样，CCD3与CCD4也必须同步工作。
式中，m1为瓷砖边界像元数，m0为CCD的中心像元数，l0为CCD的像元中心距，如TCD1209D像元数为2048，则m0为1024，l0为0.014mm。
当瓷砖运动时，线阵CCD1与CCD2对进入视场瓷砖进行扫描测量，从读出的数据不但能够测量出瓷砖宽度、位置，还能够测量出瓷砖在传送带上传动过程中左右的攒动以及瓷砖边界的倾斜与破损等瑕疵。根据这些数据及时判断瓷砖的质量做出快速淘汰的抉择。例如，根据两边倾斜角差判断出是否超出矩形指标的要求，快速做出淘汰的判断及时进行淘汰。
要求线阵CCD3与CCD4两个传感器的像敏阵列相互平行排列安装，并且与瓷砖运动方向平行（可用已知标准图样进行校准）。它们分别安装在已知距离上。因此，利用这两只线阵CCD能够测量出瓷砖前后两条边的状态（偏斜角度）。由于它们分离的距离较宽，对瓷砖边界的斜角度特别敏感，例如分离L=400mm，则其斜角敏感度将为
式中l0为像元尺寸，m3、m4分别为线阵CCD3与CCD4测出瓷砖的边界数值，β3与β4分别为各自成像物镜的放大倍率。
瓷砖长度尺寸可以通过线阵CCD3与CCD4以及传送带运行速度等参量测量出来。瓷砖传动过程中线阵CCD3与CCD4不但能够测量瓷砖进入视场与从视场传出时的速度，位置，倾斜角度等参数，而且，由于测量过程是具有严格的时间周期特性，因此容易计算出瓷砖的长度。
3.2缺陷及厚度变化的检测
本方案缺陷及厚度变化的检测，采用反射照明方式，光源和CCD沿瓷砖的测量方向相对排列，光通过瓷砖表面反射到CCD靶面上。当瓷砖边界存在缺陷时相当于反射面变低甚至出现多个反射面，这种情况下缺陷部分的边界信息将不能被反射到CCD靶面上；或者当瓷砖厚度变化时，反射面高度发生变化也不能把光线反射到CCD靶面上。如果尺寸测量出现异常值就可能发生上面的两种情况之一。
4、测量结果
5、结论
本文提出的多线阵CCD拼接同步测量瓷砖外形尺寸的方案经过实际在线测量确定可行，测量精度和测量速度完全满足要求，和人工检测相比更加准确和高效。
参考文献
[1]黄素贞、尹立新、张国粱.基于CCD的图像采集处理系统的研究.电子技术应用.2004，30（10）：69-72
[2]王庆有.图像传感器应用技术.北京：电子工业出版社，2003
[3]王庆有.CCD应用技术.天津：天津大学出版社，2000
作者简介
于洪明（1979--），男，吉林省白城市人，硕士研究生，中级工程师，研究方向为机器视觉领域的测量、检测。三英精控（天津）科技有限公司。
[关键字]线阵CCD；尺寸测量；在线检测
中图分类号：TP719 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0344-01
1、引言
瓷砖如今已是人类必不可缺的装修材料，它的出現促进了人类文明的进步，改变了人类的生活，给人类带来了极大的便利。在一般情况下使用人们对各个瓷砖的外形尺寸偏差没有特殊的要求，但是在一些比较重要的装修和使用场合就要求各个瓷砖具有“一致性”，尺寸和花纹等的偏差必须在一定的范围内。本方法对瓷砖外形尺寸的测量具有尺寸测量的普遍意义，它是测量各种具有一定宽度的物体、工件与产品外形尺寸的典型实例。能够完成这个题目就能够对钢板、铝板或塑料板材等不同大小的金属与非金属板材的外形尺寸进行精确测量，也就是说这种测量方法能够引发出更多类似的测量项目。
2、瓷砖外形尺寸的测量技术要求
该系统用来测量生产线上正常运行中的瓷砖外形尺寸，在生产线上瓷砖以6m/min的速度运行，相邻两个瓷砖的间隔为400mm，要求能实时测量并判断出瓷砖的外形尺寸是否满足产品质量要求，根据测量数据进行分选、包装。在发现不合格产品时要发出声光报警信号，以便检查人员及时将其剔除。
在生产线上应该测量出瓷砖的主要参数为：
1、长度：测量范围500mm～800mm；测量精度不低于±0.2mm；
2、宽度：测量范围500mm～800mm；测量精度不低于±0.2mm；
3、对角线尺寸：测量精度不低于±0.2mm；
3、在线瓷砖外形尺寸测量的设计方案
根据测量技术要求，瓷砖以6m/min的速度在传送带上平稳运行，相邻两个瓷砖的间隔为400mm，瓷砖生产线生产的瓷砖为500、600与800mm的正方形（属于批量生产过程），要求测量仪器能够测量500、600与800mm的瓷砖，测量精度不低于±0.2mm。所以利用多个线阵CCD相机拼接来保证测量的精度，为此，采用多线阵CCD同步数据采集系统并用线激光器作为光源来进行同步测量其外形尺寸与转角。
3.1数据采集与处理
由于线阵CCD摄取的图像是瓷砖的边界，能够采取相应的措施突出边界信号，为此瓷砖检测边界的数据采集完全可以采用“二值化”的方法，既简单、快速又不会形成大量的数据处理的问题。因此在线阵CCD的一个行周期内就能够获得瓷砖边界值。如果将仪器所用的线阵CCD都采用“同步驱动”的方式使它们同步工作，便可在线阵CCD一个行周期内获得4路CCD摄取的边界信息，然后根据它们所处的位置计算出瓷砖的宽度与边界位置。再根据瓷砖宽度方向两边界的位置能够判断出瓷砖是否偏斜以及瓷砖两条边是否平行，为后面计算瓷砖的对角线尺寸提供依据。
3.2在线瓷砖外形尺寸测量原理
在线瓷砖外形尺寸测量原理如图1所示，在瓷砖的上方安装了4个线阵CCD相机，其线阵CCD像敏单元在瓷砖上的投影如图2中所示。其中线阵CCD1与CCD2构成瓷砖宽度方向尺寸的测量传感器，并且通过瓷砖的运动能够测量出瓷砖在运动方向的偏斜。线阵CCD1与CCD2必须同步工作，否则会因不在同一时段采集的尺寸而产生误差。
线阵CCD3与CCD4构成瓷砖宽度方向的倾斜与运动速度的测量系统，同样，CCD3与CCD4也必须同步工作。
式中，m1为瓷砖边界像元数，m0为CCD的中心像元数，l0为CCD的像元中心距，如TCD1209D像元数为2048，则m0为1024，l0为0.014mm。
当瓷砖运动时，线阵CCD1与CCD2对进入视场瓷砖进行扫描测量，从读出的数据不但能够测量出瓷砖宽度、位置，还能够测量出瓷砖在传送带上传动过程中左右的攒动以及瓷砖边界的倾斜与破损等瑕疵。根据这些数据及时判断瓷砖的质量做出快速淘汰的抉择。例如，根据两边倾斜角差判断出是否超出矩形指标的要求，快速做出淘汰的判断及时进行淘汰。
要求线阵CCD3与CCD4两个传感器的像敏阵列相互平行排列安装，并且与瓷砖运动方向平行（可用已知标准图样进行校准）。它们分别安装在已知距离上。因此，利用这两只线阵CCD能够测量出瓷砖前后两条边的状态（偏斜角度）。由于它们分离的距离较宽，对瓷砖边界的斜角度特别敏感，例如分离L=400mm，则其斜角敏感度将为
式中l0为像元尺寸，m3、m4分别为线阵CCD3与CCD4测出瓷砖的边界数值，β3与β4分别为各自成像物镜的放大倍率。
瓷砖长度尺寸可以通过线阵CCD3与CCD4以及传送带运行速度等参量测量出来。瓷砖传动过程中线阵CCD3与CCD4不但能够测量瓷砖进入视场与从视场传出时的速度，位置，倾斜角度等参数，而且，由于测量过程是具有严格的时间周期特性，因此容易计算出瓷砖的长度。
3.2缺陷及厚度变化的检测
本方案缺陷及厚度变化的检测，采用反射照明方式，光源和CCD沿瓷砖的测量方向相对排列，光通过瓷砖表面反射到CCD靶面上。当瓷砖边界存在缺陷时相当于反射面变低甚至出现多个反射面，这种情况下缺陷部分的边界信息将不能被反射到CCD靶面上；或者当瓷砖厚度变化时，反射面高度发生变化也不能把光线反射到CCD靶面上。如果尺寸测量出现异常值就可能发生上面的两种情况之一。
4、测量结果
5、结论
本文提出的多线阵CCD拼接同步测量瓷砖外形尺寸的方案经过实际在线测量确定可行，测量精度和测量速度完全满足要求，和人工检测相比更加准确和高效。
参考文献
[1]黄素贞、尹立新、张国粱.基于CCD的图像采集处理系统的研究.电子技术应用.2004，30（10）：69-72
[2]王庆有.图像传感器应用技术.北京：电子工业出版社，2003
[3]王庆有.CCD应用技术.天津：天津大学出版社，2000
作者简介
于洪明（1979--），男，吉林省白城市人，硕士研究生，中级工程师，研究方向为机器视觉领域的测量、检测。三英精控（天津）科技有限公司。