基于数字图像处理技术的型坯直径的实时在线检测
来源： 作者： 发布时间：2015-01-15 10:04:23 浏览量：1 引言
挤出吹塑成型是一种生产塑料容器的加工过程，型坯的成型是挤出吹塑中一个相当重要的阶段。型坯成型对吹塑制品的性能与成本均有很大影响，若能在这个阶段在线检测出型坯吹胀前的尺寸，则可用最少的原料消耗获得所要求的制品性能。为了实现型坯壁厚的闭环控制，就必须对型坯的直径分布和壁厚分布进行在线测量，这是目前尚未很好解决的问题。
本文针对型坯直径分布的在线检测问题，通过摄像机直接拍摄型坯轮廓图像，运用数字图像处理技术对采集到的图像进行处理和分析，实时提取电感器作用目标的几何特征，即型坯的直径分布，实现型坯直径的实时在线检测。这将为实现挤出吹塑成型加工过程质量的实时闭环控制提供条件。
2 测量机构的设计与安装
挤出吹塑成型中挤出机使原料熔融，并从机头挤出型坯，图1是现场拍摄的机头及挤出型坯图像。由于型坯温度高达200℃左右，且型坯是熔融状态，采用接触式测量是几乎不可能的。然而，挤出型坯是半透明管状的并且外轮廓清晰可辨。因此，本文提出基于图像处理技术的非接触电感器生产厂家测量方法。
选择合适的照明方案是数字图像处理的关键步骤。如果光源配置恰到好处，摄像机就能够拍摄到对比度高、背景与目标物体容易区分的图像，这对下一步的图像处理将起到事半功倍的作用。从图1可以看出，型坯背后是挤出机并且挤出型坯是半透明管状，这决定了不适合采用背部光源照明，因为型坯的透光性使获得的图像对比度不高，不利于图像的处理。需要说明的是，为了更容易区分目标物体与背景，实验中使用黑色材料做为背景。
本文采用正面散射光照明方式。散射光照射物体正面，光线比较柔和，没有方向性，对型坯表面能减少强光，光源的安装易于实现;但是部分边缘可能产生模糊。光源和摄像机的安装位置如图2所示，摄像机安装于左右光源的中间，能够拍摄到的型坯长度大约为贴片电感器250ram。
相应硬件设备的选择设计如下：
1)光源：采用日光灯做为光源，得到的效果较为满意。如果要获得更好的效果，可采用LED平面光源，但是将加大运行成本。
2)光学镜头：采用6倍变焦镜头。其技术指标为：视角是31.3～5.5。、焦距是8.5～51mm、光圈是F1.2～16C。
3)CCD 摄像机：采用台湾Mintron的MS-2821C黑白工业摄像机。分辨率是795(H)×596(v)，CCD尺寸为l/2英寸，最小照度为 0.02Lux/ F1.2。在型坯轮廓图像的处理中，拍摄的型坯长度约为250mm，最长直径约为45mm。由于CCD摄像机的水平像素为795，可得 250mm/795≈0.31447mm/像素，所以长度为45mm的直径大约用143个像素来表示。假如有一个像素的测量误差，直径的误差将为1 /143≈0.7%。可见，图像分辨率是制约检测精度的关键因素，选择高分辨率的图像采集设备则是提高测量精度的有效途径。
4)图像采集卡：采用基于PCI总线的OK系列图像采集卡，OK系列图像采集卡由于采用了高精度Gen Lock技术和线性箝位技术，所采集的图像点阵位置精度高，A/D转换后的数字视频信号误差小，采样点的抖动不大于3ns，高档卡可达ins，传输速度最高可达132MHz。由于采用了匹配式的高速传输方式，加上完善的软硬件中断处理，在向内存采集图像的同时，CPU可以独立做其它图像处理工作，这种图像采集与CPU图像处理的分享总线技术为并行图像处理提供了技术基础，使CPU获得了大量的时间用于处理。
由于通过高速PCI总线可实现直接采集图像到VGA显存或主机系统内存，而不必像传统AT总线的采集卡必须自带帧存。这不仅可以使图像直接采集到VGA，实现单屏工作方式，而且可以利用PC机内存的可扩展性，实现所需数量的序列图像逐帧连续采集，进行序列图像处理分析。此外，由于图像可直接采集到主机内存，图像共模电感器处理可直接在内存中进行，因此图像处理的速度随CPU速度的不断提高而得到提高，因而使得对主机内存的图像进行并行实时处理成为可能。
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