儀表盤的外形尺寸為220mm×82mm，要求測量精度不低于0.13mm。綜合檢測精度、檢測速度和成本要求，系統選擇NI 1394圖像采集卡，配合SONY 1394 CCD彩色攝像機(分辨率為1024×768), 這樣視覺系統的視場范圍FOV=118mm×88.5mm，像素精度pixel accuracy= 118÷1024=0.1152mm/pixel，完全滿足系統測量的尺寸精度要求。

　 　
    二、 掃描區域劃分

　　根據儀表盤的尺寸、目標特征的相關性和視覺系統FOV的范圍，將儀表盤劃分為左、中、右3個檢測區域。加上起始位置共有4個位置。攝像機在X/Z軸上運動，被測儀表盤在Y軸上運動，X/Y軸的運動完成鏡頭對目標的對準，Z軸的運動完成對目標的聚焦。在每個檢測位置采集的圖像分別以中間的LED窗口即AUTO LED、OFF LED、Defrost LED的中心為該幅圖像的坐標原點。

　　三、 系統總體結構設計

　　以計算機系統來完成圖像的采集、處理、判斷

　　上位鏈接的參數設置：波特率：115200; 7位數據位；偶校驗；2位停止位。
PLC的系統框圖如下：

　　四、 圖像采集

　　NI提供兩種標準的圖像采集vi程序，用戶可以直接調用：

　　1．單幀圖像采集1394-snap-acquire：即每次只采集1幀圖像。在本系統的全自動測量過程中，共有三個被測區域，每個區域又有三種照明模式，所以一共需要運行9次單幀圖像采集程序。

　　2．連續圖像采集1394-grab-acquire：即連續實時采集圖像。在本系統的運動位置設置模塊里，需要實時觀測鏡頭與被測目標的相對位置及聚焦情況，然后保存各個位置，所以使用了連續圖像采集模式。

　　五、 圖像處理

　　如上所述，在全自動測量過程中，共采集9幀圖像，每幅圖像都對應一個圖像處理程序，來完成對目標特征的測量和判斷。步驟如下：

　　1．開辟圖像緩沖區

　　在圖像處理中，需要對圖像做多次變換，因此需開辟多個圖像緩沖區來存儲圖像數據。本系統中共設置100個圖像緩沖區，即image buffer0~buffer99, 其中buffer0為系統實時圖像緩沖區；buffer1~buffer51分別存儲9幀圖像的彩色原圖、Intensity 圖層、Red圖層、Green圖層、Blue圖層、Mask圖層、Overlay圖層等作為歷史圖像數據，可以和測量結果數據相對照；其余為臨時圖像緩沖區，為避免與歷史圖像緩沖區發生沖突，從buffer99開始向下使用。本系統只使用了12個臨時buffer, 即buffer99~ buffer88，buffer52~buffer87未使用。

　　2．定位原點并建立坐標系

　　選取圖像上不發生變化的特征，使用Match Pattern 或Detect Object來定位原點并建立坐標系。三個檢測區域分別以中間的LED窗口即AUTO LED、OFF LED、Defrost LED的中心為該幅圖像的坐標原點。

　　3．定義ROI區域

　　根據被測目標不同的形狀，可以使用不同的ROI模型，包括圓形、環形、扇形、矩形、旋轉矩形、任意多邊形等。所有ROI區域都以坐標原點為參考點。

　　4. 測量

　　通過抽取彩色圖像的Intensity plane、Red Plane、Green Plane、Blue Plan（均為8位深度的圖像），對各目標ROI區域分別測量光強分量Intensity、顏色分量R/G/B、鐳雕圖案模式匹配分數、位置坐標等。#p#分頁標題#e#

　　其中光強Intensity/R/G/B的范圍為0~255，共256個灰階。

　　圖案模式匹配分數的滿分為1000分，得分大小表示目標與標準模型的匹配程度。對三組字符除了做模式匹配測量還做了OCR字符識別，即需要分別識別出AUTO、ECON、OFF。

　　位置坐標需要進行坐標系變換。對于一幅圖像來說，默認的坐標原點位于圖像的左上角，測量的直接位置數據是相對于這個原點的，和我們在步驟2.中定義的原點位置不同，坐標系方向也不同。參考下圖：

　　變換后的坐標仍是以像素為單位的，需要乘以像素精度pixel accuracy轉化為mm單位，這樣才對產品檢驗有意義。

　5．結果輸出界面

　　測量結果包括圖像和數據，放在一個Table容器中。Table的第一個Page用來存放圖像。圖像以二維數組為容器，分為9行5列，存放45幅圖像，包含9幅采集的圖像和抽取的36幅分量圖層。Table的第2~11共10個Page用來存放測量數據，分別以10張表格形式輸出，分別對應9幅采集的圖像的測量數據和重要特征的全局比較。每個Page上有一個布爾量顯示控件，用于指示當前頁面的綜合判斷結果。

圖2 Middle area Function LED mode image

　　以下僅給出中部檢測圖像和數據，請參考圖2-圖7

圖3 Middle area Function mode measure da

圖4 Middle area Night mode image  

圖5 Middle area Night mode measure data 

圖6 Middle area Day mode measure data

　　6．任務順序的優化設計

　　在相鄰的兩次圖像采集之間需要完成幾項任務，包括圖像處理、寫全局變量、圖像輸出、測量結果輸出、光源切換、位置運動等，這些任務的執行時間是不同的。優化這些任務的編排順序可顯著提高程序的執行速度。

　　采集圖像前要求所有運動靜止、光源穩定發光。由計算機向PLC發送運動觸發信號和光源切換觸發信號的指令完成時間是以10ms為數量級的，而圖像處理、圖像輸出、測量結果輸出、寫全局變量的完成時間是以100ms為數量級的。運動是否完成可通過讀取PLC中的標志位來確定，但光源是否穩定發光，只能依賴上電后的延遲時間。我們的經驗是LED光源從上電到穩定發光至少需要500ms的延時。在一個產品的測試中需要9次光源切換、4次位置運動。如果都用延時的方法，那么將大大降低檢測速度。所以我們不是在圖像采集后立刻對該幅圖像處理，而是先為下一次圖像采集做光源切換或運動觸發，然后再對本次采集的圖像做相對費時的圖像處理等，相當于為光源切換或運動觸發作了延時處理，但又不占用額外的時間開銷。參考以下流程圖：

　　8．ROI與Mask的組合應用

　　利用ROI來定義感興趣區域，利用Mask可以屏蔽掉不感興趣或者已測量過的區域，將ROI與Mask相結合可使一些復雜的測量變得簡單而高效。圖6中需要測量產品的外露面是否有劃傷，經過ROI和Mask的組合，只需兩步即可完成。參考圖8、圖9。

　　通過計算機系統與PLC系統協同工作，各司其職，充分發揮各自的特長，使系統的性能得以優化。

圖8 Middle area Day mode mask1  

圖9 Middle area Day mode mask2

　　9．全局特征比較

　　在9個圖像處理子程序中，部分測量數據需要進行全局比較，已評定產品
整體區域的發光亮度的一致性，因此需要在每個圖像處理子程序中將關心的數據寫入全局變量，最后在主程序中對這些全局變量進行處理，請參考圖10。

圖10 Global compare parameters

　　六、文件I/O

　　包括公差設置、讀取、測量數據存儲，數據較多，因此采用表格文件方式，將數據分類以二維數組的形式存取。在圖像處理程序中對測量數據判斷時，只需讀取公差設置相關的sub-array即可。測量數據存儲的文件名中插入時間字符（精確到秒），以避免文件名重復。

　　七、上位鏈接和串口通訊

　　進行上位鏈接通訊時，計算機和PLC之間使用命令(command)和響應(response)進行發送和接收。一次通訊送出的一組數據稱作一幀，送出幀的權限稱為發送權。上位計算機持有發送權，命令發送后，響應由PLC自動返回。由于PLC的響應需要時間，因此在兩次命令之間必須插入延時。幀的格式如下：

@|機器號|頭碼|正文|FCS|終端

    FCS稱為幀檢查序列，把一幀的開始到FCS前面的數據進行邏輯異或的8位數據變成2個字符的ASCII碼，主要用于檢查數據錯誤。FCS的計算采用筆者以前用VB開發的程序，命令的傳送使用LabVIEW中的Instrument I/O assistant直接向串口發送，十分簡單。Instrument I/O assistant提供三種類型的命令，包括Write，Query and parse，Read and parse。

　　
   八、 開放性和擴展性

　　本系統是針對帕薩特和速騰轎車的2種型號的溫控儀表盤的視覺檢測開發的，但在軟硬件的設計中都充分考慮到系統的開放性和擴展性，只需更換圖像處理子程序和各區域的位置設置，即可以檢查任何二維平面上圖像信息。同時在Z軸上加裝接觸式測頭或非接觸式的激光測距傳感器，即可以完成Z軸方向的尺寸測量。三軸的行程X、Y、Z為：200mm×200mm×150mm.

　　選擇的PLC上有4路脈沖輸出，選用的光學鏡頭可以連續變倍，這樣在Zoom上加裝一個步進電機和傳動機構，即可以實現變放大倍數的檢測，對尺寸精度和圖像質量要求高的區域可使用高放大倍數測量。

　　同時系統還有4路AD輸入和2路DA輸出，為向更復雜、更靈活的系統擴展提供了必要的硬件資源。 

   九、 結論

　　本項目軟件預計開發時間為三個月，實際上不到兩個月就完成了，目前機器運行十分穩定、高效，得到客戶的贊譽。NI Vision豐富的圖像處理功能和LabVIEW靈活易用的編程環境是我們獲得成功的主要原因之一。

　　筆者以前主要使用VB和C++做程序開發，這次是第二次使用LabVIEW做項目。相比之下，LabVIEW圖形化編程語言使程序員不必過分關注代碼和函數格式，而是把主要精力放在功能設計和 結構設計上，從而節省了寶貴的開發時間。此外，LabVIEW的幫助功能和大量的實例程序非常方便程序員的自學提高。總之，我們認為LabVIEW作為測試測量領域的首選開發平臺是當之無愧的。#p#分頁標題#e#