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1、项目9工业视觉系统搭建电子课件高教版传感器技术应用（双色）任务1 项目任务书视觉处理系统是人工智能及自动化相关产业必不可少的核心零部件之一，而工业相机又是视觉处理系统的核心部件之一。目前，含有视觉处理系统的人工智能及自动化产品广泛应用于国民经济、国防、科技等重要领域。9.1.1项目描述 任务1 项目任务书根据给定要求选择合适的相机、镜头、控制卡，构画系统图，按照流程搭建简易的工业视觉系统，制作一台尺寸测试装置。9.1.2项目任务 任务2 信息收集9.2.1工业相机的基本知识1.定义工业相机又称照相机，是将被测光信号转换成电信号的输出装置，是实现图像检测和图像识别的首要环节。它具有高图像稳定性、
2、高传输能力和高抗干扰能力等优良性能。2.组成工业相机一般由高度集成的CCD或CMOS传感器模块和密闭外壳二部分组成，传感器模块集成了敏感元件和转换放大传输线路。任务2 信息收集9.2.1工业相机的基本知识3.感光原理CCD传感器每一行中的每一个像素电荷数据都会依次传送到下一个像素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器输出；而在CMOS传感器中，每个像素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路方式将数据输出。任务2 信息收集9.2.1工业相机的基本知识4.CCD和CMOS性能差异（1）灵敏度（2）成本（3）分辨率（4）噪声（5）功耗CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都
3、优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低功耗和高整合度的特点。任务2 信息收集9.2.1工业相机的基本知识5.分类（1）按芯片类型分为CCD相机、CMOS相机；（2）按传感器的结构特性分为线阵相机、面阵相机；（3）按扫描方式分为隔行扫描相机、逐行扫描相机；（4）按分辨率大小分为普通分辨率相机、高分辨率相机；（5）按输出信号方式分为模拟相机、数字相机；（6）按输出色彩可以单色（黑白）相机、彩色相机；（7）按输出信号速度分为普通速度相机、高速相机；（8）按响应频率范围分为可见光（普通）相机、红外相机、紫外相机等；（9）按输出接口形式又有RJ45、USB、IEEE1394、RS422、R
4、S644等。任务2 信息收集9.2.1工业相机的基本知识6.特性工业相机的特性如下：（1）像素数工业相机CCD传感器的最大像素数。对于一定尺寸的CCD芯片，像素数越多则每一像素单元的面积越小，因而工业相机的分辨率也就越高。（2）分辨率当工业相机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器上能够看到的最多线数。（3）最低照度当被摄景物的光亮度低到一定程度，而使工业相机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。任务2 信息收集9.2.1工业相机的基本知识6.特性（4）信噪比信号对噪声的比值乘以20log。CCD工业相机的信噪比的典型值为4555dB。（5）自动光圈接口标准CCD工业相机大都带有
5、驱动自动光圈镜头的接口，有些提供两种驱动方式（视频驱动、直流驱动）。视频驱动自动光圈接口有3个针，即电源正、视频和接地；直流驱动自动光圈接口有4个针，即阻尼正、阻尼负、驱动正和驱动负。（6）电子快门比照照相机机械快门的功能术语，相当于控制CCD图像传感器的感光时间。任务2 信息收集9.2.1工业相机的基本知识6.特性（7）自动增益控制工业相机输出的视频信号必须达到0.7VPP，为了能在不同的景物照度条件下都能输出0.7VPP的标准视频信号，放大器的增益必须能在较大范围内进行调节。这种增益调节通常都是自动完成的，实现此功能的电路称为自动增益控制电路，简称AGC电路。（8）背光补偿也称作逆光补偿或
6、逆光补正，可以有效补偿工业相机在逆光环境下拍摄时画面主体黑暗的缺陷。（9）线锁定同步利用交流电源来锁定工业相机场同步脉冲的一种同步方式。可消除交流电源的干扰。任务2 信息收集9.2.1工业相机的基本知识6.特性（10）白平衡与黑平衡白平衡直接影响重现图像的彩色效果，当工业相机白平衡设置不当时，重现图像就会出现偏色，特别是会使不带色彩的景物也着上了颜色。黑平衡是工业相机在拍摄黑色景物或者盖上镜头盖时，输出的3个基本电平应相等，使监视器屏幕上重现纯黑色；（11）水平相位调整水平相位（HP）也称作行相位，它与彩色副载波具有严格的锁定关系；（12）垂直相位调整也称作场相位，它与行相位也具有严格的锁定关
7、系，主要是用于保证正确的电视扫描规律。任务2 信息收集9.2.1工业相机的基本知识7.应用（1）工业检测系统（2）质量检测系统（3）仪表板总成智能集成测试系统（4）金属板表面自动控伤系统（5）汽车车身检测系统（6）纸币印刷质量检测系统（7）智能交通管理系统（8）金相分析（9）医疗图像分析（10）瓶装啤酒生产流水线检测系统 任务2 信息收集9.2.2 工业视觉检测系统1.系统构成 典型的视觉系统一般由图象采集、图像分析处理和输入输出三大部分构成。任务2 信息收集9.2.2 工业视觉检测系统2.图像采集图像的获取是将被测物体的图像和特征转换成能被计算机处理的数据。一般利用光源、光学系统、相机和图像
8、处理单元（或图像捕获卡）获取被测物体的图像。（1）光源图为常用的环形单色和多色光源。任务2 信息收集9.2.2 工业视觉检测系统2.图像采集（2）光学系统 任务2 信息收集9.2.2 工业视觉检测系统2.图像采集（3）图像采集卡图像采集卡主要完成对模拟视频信号的数字化处理。任务2 信息收集9.2.2 工业视觉检测系统3.图像分析处理机器视觉系统中，视觉信息的处理主要依赖于图像处理，包括图像增强、数据编码和传输、平滑、边缘锐化、分割、特征抽取、图像识别与理解等内容。经过这些处理后，输出图像的质量得到相当程度的改善，既改善了图像的视觉效果，又便于计算机对图像进行分析、处理和识别。任务2 信息收集9
9、.2.2 工业视觉检测系统4.应用实例（1）药粒检测 任务2 信息收集9.2.2 工业视觉检测系统4.应用实例（2）说明书检测 任务2 信息收集9.2.2 工业视觉检测系统4.应用实例（3）视觉抓取 任务2 信息收集9.2.2 工业视觉检测系统4.应用实例（4）SPI和AOI SPI（Solder Paste Inspector）和AOI（Auto Optical Inspector）的中文名称分别是锡膏检测仪和自动光学检测仪。任务2 信息收集9.2.2 工业视觉检测系统4.应用实例（5）工业显微镜 任务2 信息收集9.2.3 材料的选择材料选择是指设计光学系统时，根据需要对光源、镜头、相机、
10、采集控制卡、图像分析软件进行的选择。因为不同光学视觉系统性能不同，因此对材料的选择至关重要。任务3 项目实施9.3.1外观结构 任务3 项目实施9.3.2尺寸测量仪1.尺寸测量仪尺寸测量仪是工业生产检测中必不可少的测量工具，同传统的测量工具相比，它具有非接触、客观、多功能、高效率和高可靠性等特点。尤其在线式尺寸测量，需要与生产线节拍同步的测试速度，因此在线式光学尺寸测量仪的优点就显现了出来。任务3 项目实施9.3.2尺寸测量仪2.测量原理光学图像尺寸测量原理基本如图 任务3 项目实施9.3.3 工作过程1.测量软件（1）启动图标（2）主操作界面 任务3 项目实施9.3.3 工作过程1.测量软件
11、（3）产品信息（4）测试模式与数据显示 任务3 项目实施9.3.3 工作过程1.测量软件（5）图像设置（6）视频模式和拍照模式 任务3 项目实施9.3.3 工作过程 2.测量过程（1）长度与宽度测量 任务3 项目实施9.3.3 工作过程 2.测量过程（2）面积测量 任务3 项目实施9.3.3 工作过程 2.测量过程（3）测量模块的使用 任务3 项目实施9.3.3 工作过程 2.测量过程（4）3DView的使用 任务3 项目实施9.3.3 工作过程 2.测量过程（5）尺寸校正打开视频；把随机配置的宽度差为0.2mm的校正块（陶瓷或者不锈钢量块）紧密相连，放置在工作平台上；显示校正块的图像；测试长
12、度值；校正块长度值；点击校准并输入0.200，然后点击确定。任务3 项目实施9.3.4 尺寸测量仪的搭建1设备及元器件序 号设备及元器件数 量1工业相机1台2镜头1 个3光源1个4数据线1套5计算机1台6测试软件1套7结构支架1套8标准量块1个 任务3 项目实施9.3.4 尺寸测量仪的搭建2.搭建前注意事项（1）清晰的辨识工业相机和镜头的差别；（2）不能用手触摸相机的传感器部分，以免静电损伤像素单元；（3）不能用手触碰镜头的透镜，以免损伤表面镀膜层；（4）电缆线不能混淆使用，注意接口的差别；（5）相机等光学元件应注意轻拿轻放；（6）紧固螺钉必须拧紧。任务3 项目实施9.3.4 尺寸测量仪的搭建
13、3.搭建（1）搭建准备清理搭建现场；清点原件数量是否正确；检查设备及元件有无损坏；尤其检查接口插针是否歪斜，插口是否有异物；搭建工具与元器件分开，保持20cm以上的距离，防止碰伤；任务3 项目实施9.3.4 尺寸测量仪的搭建3.搭建（2）搭建工艺要求紧固螺钉要锁紧，不规定具体的力矩数值；载物台保持水平，如有水平度的特殊要求，需要使用水平仪校正；相机要与载物台面保持垂直，以相机的视野能覆盖被测对象为宜；相机的固定螺钉需试探性拧紧，防止用力过猛损坏相机的螺孔螺纹；接口信号线的插入，保证正对后再小心插入，防止插针损坏；带有固定螺钉的插头的固定，注意两边的螺钉同时试探性拧紧，防止偏斜；需要数据采集卡的
14、测量仪，在装配数据采集时，同装配计算机板卡的要求一致。任务3 项目实施9.3.4 尺寸测量仪的搭建4.调试（1）调试准备将多余的搭建工具收拾起来，装进工具箱；将杂乱无章的线缆整理有序，防止缠绕，保证不妨碍相机视野；再次检查是否有元器件或螺钉等遗留，并保证没有任何遗留物存在；检查完成后的检查仪的紧固部位、线缆接口是否有异常，并排除异常；检查相机与载物台之间的是否有障碍物，将其清空；保证无误后，开启电脑，开启照明电源；启动测试软件，熟悉测试软件的界面及功能。任务3 项目实施9.3.4 尺寸测量仪的搭建4.调试（2）光学调试序号光学调试内容及步骤目的将校准标准量块放置于载物台，相机的正下方；初步确定
15、被测物体的位置，方便校准时能较容易找到工件；用手前后左右移动标准量块使量块处于视野正中心；为了减小测试误差，工件必须放置于视野正中心；调整相机上下移动的旋钮手柄，调整相机焦距，使屏幕中视野中的量块达到最清晰；为了减小测试误差，被测位置必须位于相机镜头组的聚焦平面上；第与第步可以交叉进行调试。达到最佳效果。任务3 项目实施9.3.4 尺寸测量仪的搭建4.调试（3）校准调试序号校准调试内容及步骤目的明确标准量块的间隔是多少mm；标准量块是校准测量仪器必备的依据；打开校准菜单；校准菜单在测试软件中是不可缺少的内容；用鼠标将两条测试线分别用矩形框框住，以指明标准尺寸线；告诉测试软件，将要对框住的两条测
16、试线之间的尺寸进行校准；将标准的量块间隔尺寸输入电脑，以告知电脑第二步的尺寸为标准尺寸；以框住的两条测试线之间的尺寸作为标准尺寸；关闭校准窗口。完成校准。任务3 项目实施9.3.4 尺寸测量仪的搭建4.调试（4）故障排除序号常见故障模式可能原因解决方法视野中漆黑一片；镜头盖没摘掉；摘掉镜头盖；视野中无任何工件；工件不在视野中；相机焦距没调准；移动工件到视野；上下移动相机，到视野中有清晰的工件为止；移动工件时，视野中工件的影响不跟随移动；相机的信号线没插牢，或线芯断路；检查信号线的接口，重新插牢或更换线缆；在校准或测试的过程中，视野中的被测物影像由清晰变模糊。相机的旋钮手柄调完焦距后没锁紧，导致缓慢下滑。重新调整焦后并锁紧。任务3 项目实施9.3.4 尺寸测量仪的搭建5.测量（1）直线尺寸测量打开测量菜单；点击直线测试按钮，打开测试窗口；选择要测试的两个边缘，用矩形框框住；点击测试，尺寸数据显示在屏幕上；再选择相同尺寸的不同测试位置，测试10组；记录10组数据；计算10组数据的平均值和离散值，制成报表。（2）弧度尺寸测量同理完成曲线弧度的测试。任务4 项目考核