[发明专利]一种基于机器视觉和机器学习的双工位载带检测系统

权利要求书

1.一种基于机器视觉和机器学习的双工位载带检测系统，其特征包括相机1、相机2、上光源1、上光源2、轨道1、轨道2、传感器1、传感器2、电机1、电机2、下光源1、下光源2、底座平台、报警灯、光源控制器、空气开关、工控机、显示器、继电器和主控板；该系统的载带检测分为载带的尺寸检测和载带的缺陷检测；

双工位包括工位1和工位2，工位1：轨道1左边四分之一处安装传感器1，右边末端安装电机1，在轨道1中间切割一部分形成一个孔，切割长度是2-7个载带空穴宽度，切割宽度是载带空穴长度2-3倍，轨道1切割位置正下方底座平台也切割一个孔，底座平台孔大小应大于轨道1的孔，下光源1位于该底座平台孔正下方，相机1和上光源1通过支架固定在轨道1孔正上方，垂直方向从上至下顺序为相机1、上光源1、轨道1孔、底座平台孔和下光源1；

工位2：轨道2左边四分之一处安装传感器2，右边末端安装电机2，在轨道2中间切割一部分形成一个孔，切割长度是2-7个载带空穴宽度，切割宽度是载带空穴长度2-3倍，轨道2切割位置正下方底座平台也切割一个孔，底座平台孔大小应大于轨道2的孔，下光源2位于该底座平台孔正下方，相机2和上光源2通过支架固定在轨道2孔正上方，垂直方向从上至下顺序为相机2、上光源2、轨道2孔、底座平台孔和下光源2；

主控板包括主控板1和主控板2；

主控板1是整个控制系统的核心，包括接收传感器信号控制相机拍照、光源频闪，接收指令数据控制停机、转发报警灯控制信号，主控板2是从机板，接收报警灯信号控制报警灯闪烁；

工位1上传感器1收到一个中断信号后将反馈给主控板1，主控板1按照对应的信号触发相机1和上光源1，这时候工控机端的检测软件会收到一张图像并进行算法处理，如果检测到有缺陷，需要停机，工控机端的检测软件将通过串口发送停机信号到主控板1，主控板1控制继电器停机断开工位1的电机1电源，同时主控板1收到的报警信号将通过485通讯方式转发到主控板2上，通过主控板2控制报警灯闪烁；

工位2上传感器2收到一个中断信号后将反馈给主控板1，主控板1按照对应的信号触发相机2和上光源2，这时候工控机端的检测软件会收到一张图像并进行算法处理，如果检测到有缺陷，需要停机，工控机端的检测软件将通过串口发送停机信号到主控板1，主控板1控制继电器停机断开工位2的电机2电源，同时主控板1收到的报警信号将通过485通讯方式转发到主控板2上，通过主控板2控制报警灯闪烁；

整个柜子外接220V交流电供电，经过内部的空气开关给开关电源供电，产生24V直流电供给主控板1、主控板2和光源控制器使用，空气开关主要作用是保护内部器件，当盒子内部出现电流过大时，空气开关会自动跳闸断电，光源控制器主要控制四个光源，两个背光源，两个背光源常亮、两个红光同轴光源，两个红光同轴光源频闪，两个上光源为大功率同轴红光光源，两个下光源为背光源，同轴光源运用抑制反光的半透镜消除图像中的重影，对载带实现均匀无反光的照射，下光源为白色面光源，背光源调节至合适的亮度使得除载带外其他区域在图像上灰度值都为255，相机和镜头装配调节后视场、景深和清晰度满足各种规格型号的载带检测要求；

尺寸检测时采用最大类间方差法自动产生阈值，对载带图像进行二值化处理，通过二值化图像找到载带的上下边界，然后通过最小二乘法检测圆，确定边孔和中孔位置，最后通过检测孔的大小、孔之间和孔与边界之间的距离的变化量与所设阈值的比较来判断载带尺寸是否符合标准，对于不符合尺寸标准的载带直接做停机报警处理；

载带表面缺陷检测通过计算载带图像灰度值和梯度值来确定，首先将载带图像划分成一个个小矩形区域，然后对各个小矩形区域分别独立地检测灰度值和梯度值，假设某个小矩形区域内灰度值变化区间为[gm，gn]，小矩形内任意一个像素点灰度值为ga，则判断像素点Pg灰度值好坏公式为：

坏像素点个数为允许小矩形内坏像素点个数为N₁，则当时说明出现缺陷；载带表面梯度值计算则是采用3×3领域内计算梯度幅值，分别计算X方向的偏导数Px(x，y)、Y方向偏导数Py(x，y)、45°方向偏导数P45(x，y)和135°方向偏导数P135(x，y)，则水平方向和垂直方向的差分分别为：

fx(x，y)＝Px(x，y)+[P45(x，y)+P135(x，y)]/2  (2)

fy(x，y)＝Py(x，y)+[P45(x，y)-P135(x，y)]/2  (3)

则梯度幅值为：

小矩形区域内梯度幅值设定为M，小矩形内任意一个像素点梯度值为Ma，允许小矩形内坏像素点个数为N₂，则判断像素点Pm梯度值好坏公式为：

则当时说明出现缺陷；

检测方法是把标准合格载带样本图像作为训练集，从这些标准合格载带样本图像中获取检测区域图像的特征量信息，特征量信息包括孔大小，载带宽度，各小矩形检测区域内灰度值和梯度值，作为在线检测时的比较标准，如果被测图像上某个特征量不在允许误差范围内则认为该位置区域存在问题，当被校验的载带与模板设定的值不相同时则停机报警，并利用支持向量机方法识别出被校验图像存在何种缺陷。