机器视觉在金属箔缺陷检测系统中的应用

　　视觉是人类观察世界、认知世界的重要功能手段，人类感知外部世界主要通过视觉、触觉、听觉和嗅觉等感觉器官，其中 80%的信息是由视觉获取的。机器视觉是人类利用计算机实现人的视觉功能- 对客观世界三维场景的感知、识别和理解。机器视觉是一个相当新而且发展迅速的研究领域，并且广泛地应用于各个领域，许多人类无法感知的场合(如危险场景感知等)，机器视觉更突显其优越性。

　　传统的金属箔缺陷检测方法是操作者通过肉眼进行观察决定金属箔是否存在缺陷，显然，这种方法主要依赖操作者长期的经验积累和主观判断，检测结果的可重复性和稳定性不能得到保证。如何在生产过程中在线自动检测金属箔表面缺陷，一直是生产企业非常关注的问题。

　　本系统对金属箔的下表面利用CCD 摄像机进行实时检测，将图像传输给上位机进行图像显示、处理、分析和缺陷报警，并将检测到的缺陷图像存储在数据库中。在金属箔生产线收卷速度≤3米/分钟的情况下，本系统能够检测所有孔径≥ 1mm 的缺陷，漏报率≤ 1%，重复检报率≤ 1%，并且可以保存三年内所有的缺陷图像，达到了实时、准确、稳定的检测金属箔缺陷的要求。

　　1 系统硬件结构设计

　　金属箔缺陷检测系统的工作原理如图1所示。

　　每一条生产线的上面都有一个光源，在金属箔收卷过程中，如果金属箔存在缺陷，则光线将透过金属箔照射在生产线下面的CCD 摄像机上，也就是说，当金属箔不存在缺陷时，我们将不会通过摄像机得到带有白色亮斑、黑色背景的图像，反之，则不是。摄像机拍摄的图像将被传输给控制室的上位机，通过软件对其进行分析，若发现金属箔存在缺陷，则系统自动记录下缺陷所对应图像、缺陷所在的位置、时间并且通过下位机在生产线发出声光报警，同时上位机显示界面的相应工位闪烁报警。

　　金属箔缺陷检测系统的硬件框图如图2所示。

　　整个系统由CCD 摄像机、下位机、图像采集模块、上位机组成，其中10个独立的下位机通过RS-485 串行接口与上位机进行通信。

　　2 系统软件结构设计

　　系统软件结构框图如图3 所示，分为下位机软件和上位机软件，系统软件开发过程中，采用模块化设计思想，增强了代码的重用性和移植性。

　　上位机软件分为5 个模块：主控模块、图像采集模块、图像分析模块、存储模块和网络通信模块。

　　主控模块根据从下位机得到的信息，调用上位机软件中的各个模块，完成金属箔缺陷检测的任务。图像采集模块负责图像采集卡卡内通道切换，将从摄像机获取的模拟视频图像，转化成数字图像，并且存储到上位机中指定的区域。图像分析模块对获取的数字图像处理、分析，判断当前生产线的金属箔是否存在缺陷。存储模块负责存储十条金属箔生产线工作的信息，包括：各条线生产的卷数及时间段、各卷参数(卷号、卷长、起始和终止时间、缺陷及位置、断箔及位置等)，同时压缩存储缺陷图像，自动生成各条线生产报表，可供随时查询、调用或打印。网络通信模块负责上位机和各个下位机之间的通信，按一定的时序向下位机发送命令并调取生产线的状态信息。