автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Алгоритмы и программное обеспечение автоматических систем визуального контроля

П8 0Й

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ имени М. 3. Келдыша

На правах рукописи

Трескунов Антон Семенович

АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВИЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ

Специальность: 05.13.11 -

Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов, систем и сетей.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Институте прикладной математики имени М. В. Келдыша Российской академии наук (г. Москва).

Научные руководители: академик

доктор физико-математических наук профессор Д. Е. Охоцимский

кандидат физико-математических наук С. М. Соколов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Д. Г. Лебедев

кандидат физико-математических наук А. А. Петров

Ведущая организация: Институт Проблем Механики РАН

Защита состоится "_"_1993 г. в _ часов на

заседании специализированного совета Д 002.40.01 при Институте прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН по адресу:

250047, Москва, Миусская пл. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке института,

■а.

Автореферат разослан " " 4 »_1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат физико-математических наук .. /Полилова Т. А. /

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из наиболее важных в спектре задач автоматизации промышленного производства является задача автоматизации выходного контроля продукции. Это вызвано как высокой удельной трудоемкостью, так и высокой сложностью задачи. Во многих случаях полностью автоматизированный производственный цикл заканчивается участком ручного контроля. Среди всех видов контроля выделим визуальный, как наиболее информативный.

Бурное развитие микроэлектроники в последние годы создало предпосылки для построения автоматических систем визуального контроля. Возникающие при этом алгоритмические задачи имеют свою специфику, позволяющую их выделить из круга остальных задач зрительного анализа. Прежде всего, это хорошо организованная среда, детерминированность наблюдаемой сцены. Затем, наличие большого объема априорной информации о наблюдаемом объекте. Всегда известен его вид в нормальной (бездефектном) случае и очень часто - при наличии того или иного дефекта. Эти особенности позволяют упростить используемые алгоритмы и снизить метрологические требования к зрительной системе, так как вместо определения абсолютных характеристик задача сводится к обнаружению (или измерению) отклонения от заданного в той или иной форме эталонного представления. Появляется возможность обеспечить низкую стоимость к высокую производительность контролирующей системы. Стоимость и производительность вместе с надежностью составляют важнейшие требования к промышленной системе. При разработке таких систем приходится учитывать ограничения, накладываемые существующей аппаратурой. Это составляет третью из особенностей задач автоматизации зрительного контроля, делающих актуальным исследование проблем, возникающих в ходе разработки таких систем.

Вследствие предъявляемых к автоматическим системам визуального контроля (АСВК) требований работы в условиях реального времени и дешевизны АСВК строятся обычно на базе чисто бинарных систем. Применение таких систем требует создания равномерного и стабильного освещения, что делает затруднительным их применение, даже в тех случаях, когда сам объект контроля имеет бинарный характер (например, контроль формы плоских контрастных объектов).

Перспективным поэтому является использование полутонового изображения, как промежуточного этапа для перехода к бинарному на основе цифровых методов.

Другим классом задач, где применение полутонового изображения позволяет существенно улучшить (за счет повышения разрешающей способности) характеристики АСВК, является контроль размероз. Существующие методы не визуального контроля (например, контактный) требуют изготовления специальной оснастки и остановки цикла обработки для введения измерительного инструмента в рабочую зону. Применение визуальных систем способно повысить гибкость и оперативность контроля. Актуальным при это»! является достижение максимально возможной точности. Точность систем, основанных на анализе бинарных изображений, ограничена шагом дискретизации.

Цель работы. Проведение исследования, разработка и создание алгоритмического и программного обеспечения (ПО) автоматических систем визуального контроля реального времени для задач автоматизации выходного контроля индикаторов на жидких кристаллах и размерного контроля в ГШ! фрезерной обработки.

Работа была выполнена в рамках проводимых в ИПМ им. Ы. В. Келдыша АН СССР исследований применения средств технического зрения в робототехнике.

К 1988 году в нашей стране сложились необходимые условия для построения первых промышленных полутоновых АСВК. К ним можно отнести: массовый выпуск 16-разрядных микро ЭВМ типа "Электроника-60"; начало мелкосерийного производства первой отечественной системы ввода полутонового изображения в ЭВМ -датчика 0Т-10МТ; накопление опыта применения чисто бинарных систем.

Первым этапом работы было создание средств поддержки разработки ПО - Дисковой Инструментальной Системы и реализация алгоритмов инспекционного видения в виде библиотеки прикладных программ 'ЧНЭРЕС".

В конце 1987 на основе имеющегося задела было создано ПО АСВК функционирования ИХК. Разработка и реализация в 1987 году алгоритмов парирования аппаратных сбоев и осуществления ряда контрольных операций на бинарном изображении (с автоматическим выбором локального порога) позволила получить эффективно

работающую систему.

В 1989 году на базе тех же аппаратных средств, методов работы с небольшими фрагментами полутопового изображения, максимального использования априорной информации и алгоритмов определения положения прямолинейного края было создано ПО АСВК линейных размеров в ГПС фрезерной обработки.

Выходной контроль ИЖК кроме проверки правильности функционирования включает в себя контроль внешнего вида. Появление в 1989 году ТВ-камеры на дефлектроне (с повышенным разрешением) сделало возможным автоматизировать и этот вид контроля. Однако, необходимость просмотра крупноформатного изображения в поисках мелких дефектов делало неприемлемыми временные затраты на универсальной микро ЭВМ. В 1990-91 годах совместно с НПП "МегаПиксел" был создан Спецвидеопроцессор (СВП), реализующий наиболее трудоемкие операции аппаратно. В 1991 году на базе ТВ-камеры на дефлектроне, СВП и оригинального алгоритма бинаризации было создано ПО для автоматического контроля внешнего вида ИЖК. Применение новой аппаратной базы позволило разработать более гибкие и эффективные алгоритмы функционального контроля и автоматизировать обучение.

Изложение алгоритмического и программного решения упомянутых задач зрительного контроля предпослана глава, описывающая структуру данных и программ для рассматриваемого круга задач, а также БПП "ГИБРЕС" и ДИС.

Основными задачами, решаемыми в работе, являлись следующие:

• разработка и программная реализация алгоритмов зрительного анализа для названных задач автоматизации;

• разработка инструментальных средств для создания ПО АСВК, решающих эти задачи;

в разработка алгоритмоз и программных средств повышения надежности создаваемых АСВК;

• разработка дружественного интерфейса с оператором и средств автоматизации "обучения" системы;

Экспериментальная отработка создаваемых алгоритмов и программ визуального контроля позволила обеспечить необходимую их эффективность, определить рациональный состав и структуру аппаратной части комплекса.

Научная новизна.

1) впервые в нашей стране практически реализован метод использования полутоновой зрительной информации для контроля контрастных объектов в условиях неравномерной освещенности с использованием априорной информации о контролируемых объектах; реализации выполнены на базе как серийного полутонового датчика 0Т-10МТ, так и специализированного видеопроцессора;.

2) разработаны способы представления эталонной информации о контролируемых объектах и алгоритмы ее применения к анализу полутоновых изображений в масштабе реального времени для задач выделения дефектов внешнего вида на однородной поверхности в условиях не полностью однородного освещения и контроля расстояния между прямолинейными краями с точностью превышающей шаг дискретизации;

3) предложен язык СЬ для процессора клеточной логики, позволяющий лаконично записывать алгоритмы обработки бинарных изображений и допускающий эффективную реализацию

Практическая ценность.

1) Создано и внедрено программное обеспечение для первой отечественной полутоновой системы технического зрения, построенной на основе серийных аппаратных компонентов (контроль функционирования индикаторов на жидких кристаллах).

2) Алгоритмы инспекционного видения реализованы в виде библиотеки прикладных программ 1Ы5РЕС в форме удобной для встраивания в прикладные системы.

3) На основе оригинальной организации файловой системы, позволяющей повысить плотность хранения информации, сократить время доступа к данным на внешних, носителях, увеличить сохранность информации, создана инструментальная система ДИС, повышающая эффективность разработки ПО зрительных систем на ЭВМ типа ДВК.

4) Реализован кросс-компилятор языка С1 на ДВК для модуля "Клеточный процессор" Спецвидеопроцессора.

5) На основе разработанных способов И алгоритмов создано программное обеспечение для автоматических систем визуального

контроля индикаторов на жидких кристаллах и линейней размеров в ГПС механообработки.

Использование результатов. Алгоритмическое и программное обеспечение для контроля функционирования ИЖК внедрено в п/я Г-4466. Инструментальная система ДИС использована при разработке программного обеспечения систем управления и очувствления роботоз и шагающих аппаратов в ИПМ РАН.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах по робототехнике ИПМ РАН в 198S - 1S92 годах, на Всесоюзной конференции "Разработка систем технического зрения и их применение в промышленности" (Ижевск, 1988), на 6 международной конференции по гибким производственным системам (Югославия, 1989), на 5 Всесоюзном совещании по робото-техническим системам (Геленджик, 1991), на Всесоюзном семинаре "Роботы с элементами искусственного интеллекта" (МГУ, 1991), на конференции IEEE "Робототехника и автоматизация" (Ницца, Франция, 1992).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы (58 наименований). Основной текст диссертации составляют 138 машинописные страниц, 9 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Зо введении обосновывается актуальность темы диссертации. Приводится краткий обзор литературы по современному состоянию систем визуального контроля, алгоритмам обработки изображений, имеющим отношение к проблематике визуального контроля. Сформулированы цели и задачи работы, изложены основные научные и практические результаты, выносимые на защиту, кратко описано содержание

глав диссертационной работы.

В первой главе обсуждается представление информации о контролируемом объекте, структура программного обеспечения (ПО) применительно к задачам визуального контроля, а также инструментальные средства создания ПО.

Обосновывается и вводится универсальная структура данных о контролируемом объекте и методах его контроля - модель процесса зрительного контроля (МПЗК). В МПЗК входят набор эталонов и программа испытаний. Эталон - это специальным образом организованное описание объекта контроля и способы получения этого описания из исходной зрительной информации или данных предыдущих этапов обработки. Последовательность проверок совпадения контролируемого объекта с эталонным и команд управления технологическим оборудованием, обеспечивающим формирование в поле зрения очередной контролируемой сцены, составляет программу испытаний.

По аналогии с ПО систем управления роботами проведена классификация ПО контролирующих зрительных систем. Выделены уровни инструментального, базового и проблемно-ориентированного ПО.

Проблемно-ориентированное ПО в наибольшей степени зависит от специфики решаемой задачи, тем не менее для задач автоматизации визуального контроля можно выделить его общую структуру, рассматриваемую в разделе 3.

Базовое ПО может быть представлено в виде библиотеки прикладных программ (БПП), реализующих базовые алгоритмы той или иной предметной области. Алгоритмы инспекционного видения, предложенные в работе Е.С. Камынина и др. Инспекционное видение для задач промышленной сборки, реализованы в виде БПП "INSPEC", который описывается в разделе 4. Имеющиеся в БПП операции инспекционного видения позволяют вводить в ЭВМ требуемый фрагмент изображения, сравнивать его с эталонным и производить привязку к ориентирам для компенсации сдвига изображения как целого. Библиотека носит универсальный характер и может быть применена к любым задачам, где требуется определять наличие или отсутствие заданных ситуаций в рабочей зоне.

Инструментальное ПО должно обеспечивать высокую эффективность как самого создаваемого с его помощью программного

фодукта, так и процесса его создания. При разработке ПО на икро-ЗВМ часто возникает проблемы, связанные с ненадежностью, ¿алой емкостью и низкой скоростью обмена информацией с устройствами внешней памяти. Характерный пример - 8" накопители 1а гибких магнитных дисках НГМД 7012 для микро-ЭВМ типа ДВК. Существующие диалекты ОС ЙТ-11 для этих машин с точки зрения этих 1роблем неудовлетворительны. Актуальным поэтому является разработка и реализация устойчивых алгоритмов работы с такими устройствами. Предложенная в четвертом разделе организация файловой системы позволяет повысить плотность хранения «формации, сократить время доступа к данным на внешних юсителях, увеличить сохранность информации. Описывается эеализующая эту организацию Дисковая Инструментальная Система ИКС.

Вторая и третья главы посвящены алгоритмам и ПО для контроля шдикатороЕ на жидких кристаллах (ИЖК). Выходной контроль ИЖК подразделяется на контроль внешнего вида (темные точки, волоски, дарапины, сколы и т. п. ) и контроль правильности функционирования (невысвечивание или неправильная форма сегментов, короткие замыкания и т. п. ). Эти две задачи контроля существенно отличаются цруг от друга как по требованиям, предъявляемым к аппаратуре ввод и оцифровки изображений, так и по своей вычислительной сложности. Поэтому методически оправданно (и подтверждено опытом) раздельное рассмотрение контроля функционирования и полного контроля (включающего в себя также контроль внешнего вида) ИЖК.

Можно выделить четыре подхода к разработке аппаратной и алгоритмическо-программной части АСВК правильности функционирования ИЖК. Учитывая двухградационный характер объекта контроля (темные сегменты на светлом фоне), первый подход состоит в применении бинарной зрительной системы с фиксированным порогом. Это предполагает пространственную и временную стабильность изображения, т.е.

• множество яркостей точек изображения объекта отделимо от множества яркостей точек изображения фона, что предполагает равномерную освещенность рабочей зоны;

• яркость каждой точки изображения неизменной сцены не меняется с течением времени.

Однако, на практике трудно добиться равномерного освещения, затраты на создание которого зачастую соизмеримы со стоимостью всей системы, и в силу ряда причин - тепловой шум в резисторах усилителей, колебания напряжения сети, помехи, вызванные работой в цехе - яркостная картина со временем изменяется. Поэтому этот подход, реализованный в ОКБЫ при НЭВЗ, оказался в данной задаче неэффективным. Второй подход использует простейшую полутоновую систему технического зрения и универсальные алгоритмы визуальной инспекции. Опытная эксплуатация АСВК на базе серийного полутонового датчика ОТ-ЮМТ (разработка НПО "Спектр") и БПП "INSPEC" показала ее устойчивость к неравномерности освещения и нестабильности яркостной картины и выявила следующие проблемы: о низкая надежность, вызванная сбоями датчика ОТ-ЮМТ и приводящая к ошибочной отбраковке индикаторов; о невысокая производительность, в 2-3 раза уступающая темпу

смены ИЖК механической частью ГПМ; в трудность перенастройки на новый тип проверяемого индикатора.

Третий подход, реализация которого описывается в главе 2, использует те же серийные аппаратные средства и разработанные специально алгоритмы, учитывающие специфику решаемой задачи и используемой аппаратуры. На этой основе были созданы и внедрены алгоритмы и программы для первой полутоновой отечественной АСВК.

Сбои датчика ОТ-ЮМТ приводят к выбору фрагмента изображения не из указанного места (не тех размеров) и последующей отбраковке годного ИЖК. Сбои характеризуются частотой появления, составившей на использованном образце ~ 1/200 обращений. Парирование сбоев велось следующими методами:

• минимизация количества обращений к датчику в цикле контроля путем использования составных эталонов позволила в 7 раз сократить число вводимых фрагментов и, тем самым, примерно во столько же раз повысить надежность системы.

• использование процедуры "голосования" при принятии решения о результате выполнения всех зрительных контрольных операций позволило еще в 5 раз уменьшить число ошибочно забракованных индикаторов.

В ходе контроля функционирования перед системой встают две различные задачи зрительного анализа: контроль формы и контраста

сегментов и контроль наличия (или отсутствия) сегментов. Для решения перво.1 задачи используются алгоритмы визуальной инспекции. Форкой представления информации в этом случае являются полутоновые эталоны, позволяющие проводить поточечное сравнение фрагментов полутоновых изображений.

Повысить быстродействие удалось за счет перехода к бинарному изображению при решении второй задачи - контроле наличия (или отсутствия) сегментов. Контрольный фрагмент, охватывающий несколько проверяемых элементов изображения, вводится в память ЭВМ и для него определяется порог бинаризации' методом анализа гистограммы распределения уровней яркости. Так как х этому моменту уже проверены правильное высвечивание и контраст сегментов, гистограмма запедомо будет иметь выраженный бимодальный характер. При этом два пика соответствуют сегментам и фону, а точка минимума между ними может быть выбрана в качестве порога. В отличии от чисто бинарной системы при этом, во-первых, порог выбирается локально, по фрагменту, площадь которого не превышает 1/16 площади целого кадра; во-вторых, порог выбирается автоматически по гистограмме распределения уровней яркостей уже введенного и оцифрованного изображения.

Эксперименты с ПО на опытном образце ГПМ по контролю функционирования ИЖК для бытовых часов дали следующие результаты: о зрительная система работает в масштабе реального времени относительно установки подачи ИНК, что составляет 4,5 с. на индикатор при использовании процессора МС 1201.02 (ср. 30 с. -норма для ручного контроля); в 60 % времени анализа затрачивается на ввод необходимой зрительной информации по параллельному каналу связи из буферной памяти датчика 0Т-10МТ в ЭВМ и ее распаковку;

• надежность контроля составила менее 1% пропущенного брака и менее 1% ложно забракованных ИЖК;

• время обучения контролю правильности функционирования нового типа ИЖК составляет около 30 минут и требует от оператора знаний о целях и методике контроля, а также элементарных навыков работы с ЭВМ.

Четвертый подход к построению зрительной системы для контроля функционирования ИЖК состоит в использовании

специализированных программных и аппаратных средств. Он связан с решением задачи полного контроля, рассматриваемой в главе 3. Полный контроль ИЖК включает в себя контроль внешнего вида, в ходе которого должны быть выявлены следующие дэфекты в рабочей зоне лицевой стороны ИЖК: ворс, волос, трещины, пузыри, темные пятна и другие включения, имеющие размеры более допустимых. При этом отношение размера индикатора к размеру минимального дефекта ~ 500, что позволяет обойтись одним полем зрения, доведя пространственное разрешение зрительной системы до 512*512. Для достижения требуемого разрешения была использована ТВ-камера на дефлектроне (усовершенствованном видиконе), обеспечившая также малые геометрические искажения и высокую стабильность изображения.

В терминах зрительного анализа выявление этих дефектов представляет собой задачу подсчета площадей связных контрастных (т.е. отличающихся по яркости от основного фона) областей и принятия решения о браке или годности индикатора на основании распределения этих площадей. Наибольшую вычислительную трудность представляет алгоритм выделения связных областей на двухграда-ционном (дефект - фон) изображении, который требует порядка 1 мин. вычислений на используемой универсальной ЭВМ. Для решения задачи в масштабе реального времени б НПП "НегаПиксел" по сформулированному автором техническому заданию был создан Спецвидеопроцессор (СВП).

Ряд функций СВП по обработке бинарных изображений выполняется под управлением встроенного микропроцессора. Возникает задача создания инструментальных средств его программирования, которую можно обобщить на более общий случай описания алгоритмов бинарной обработки. В третьем разделе описывается язык программирования процессора бинарных изображений СЬ. Компактность языка обеспечивает эффективную кросс-компиляцию программ, а его изобразительные возможности достаточны для записи стандартных алгоритмов обработки бинарных изображений. В языке имеется два основных объекта: обрабатываемое изображение В и вспомогательное изображение И. Изображение В может быть подвергнуто клеточной фильтрации (набор фильтров программируется отдельно). К результату фильтрации и вспомогательному изображению

Н может быть поточечно применена любая булевская операция, комбинируемая из ! (НЕ), /\ (И), V (ИЛИ), 8 (исключающее ИЛИ). Операции ввода / вывода записываются как чтение / запись из / в псевдоизображений 1/0 соответственно. Для программирования итеративного процесса предусмотрены управляющие операторы RC...ЕС (продолжать, пока есть изменения) и RP П...ЕР (выполнить п раз). Приводятся также примеры записи на CL стандартных алгоритмов, описывается система программирования CL.

Наибольшую алгоритмическую трудность представляет алгоритм бинаризации полутонового изображения дефектного индикатора, т. е. переход к дзухградационному изображению, где 0 соответствует бездефектной поверхности, 1 - дефекту. Эта трудность вызвана неоднородностью освещения поля зрения, не позволяющей использо-зать единое для всего изображения значение порога бинаризации. Традиционный подход к этой проблеме состоит в предварительной низкочастотной фильтрации. Однако этот подход слишком медленен для данной системы, даже при использовании доступной аппаратной поддержки. Избежать подобных трудоемких операций мояно путем потери общности алгоритма, прибегнув к использованию априорной информации о распределении яркостей изображения эталонного индикатора. При этом предполагается, что это распределение остается неизменным в процессе работы системы. Формой представления этого распределения является "эталон освещенности", включающий в себя список зон квазипостоянной яркости, т. е. зон, в которых неравномерность яркости, вызванная освещением, не превышает заданный порог, и набор диапазонов допустимых яркостей в каждой зоне.

Для повышения устойчивости к общему пропорциональному изменению освещенности яркостные диапазоны входящие в "эталон

освещенности" приводятся к виду [ Bmin ; Втлх J, где В = В / Е, а

И - средняя яркость фона. Средняя яркость фона й вычисляется для каждой зоны Ajj, исходя из гистограммы распределения яркостей в

этой зоне. В предлагаемом алгоритме Н вычисляется лишь по точкам изображения, яркость которых близка к предполагаемой яркости

фона. Это позволяет уменьшить влияние на величину Я непринадлежащих к фону точек изображения. Таким путем алгоритм

перехода к двухградационному изображению (фон / дефект) удалось свести к простой пороговой бинаризации в каждой из выбираемых на этапе обучения зон. Значения порогов в каждой зоне зависят от вычисленных на этапе обучения нормированных границ допустимого яркостного диапазона и средней яркости фона, которую нетрудно вычислить, используя аппаратно полученную гистограмму распределения уровней яркости в данной зоне.

Существует еще одна проблема, связанная с тем, что система работает на грани своей разрешающей способности (линейный размер изображения дефекта составляет 1-2 пиксела) - проблема отделения дефектов индикатора от крапчатаго шума. Однако, точки, принадлежащие изображениям дефектов, в отличие от шумовых точек, должны появляться на одних и тех же местах при повторных вводах изображения (ТВ-камера на дефлектроне обеспечивает такую стабильность изображения). Это дает возможность применением к двум последовательным бинарным изображениям логической операции "И" отфильтровать шумовые точки.

Необходимость использования СВП для контроля внешнего вида заставила по новому взглянуть и на выбор алгоритмов для контроля функционирования (раздел 5). Это объясняется тем, что увеличение разрешающей способности СТЗ как по пространству, так и по яркости делает неприемлемыми временные затраты на использование аппарата полутоновых эталонов. С другой стороны СВП в отличие от датчика 0Т-10МТ обладает рядом таких свойств как:

1) ввод всего кадра в темпе телевизионной развертки;

2) стабильность воспроизведения геометрии наблюдаемой сцены с точностью до шага дискретизации при неподвижности объекта наблюдения);

3) наличие развитого аппарата работы с бинарными изображениями.

Первые два свойства дают возможность контроля формы сегментов путем сравнения всего введенного кадра с эталонным. Существенно двухградационный (сегмент - фон) характер контролируемого объекта и разработанный для контроля внешнего вида алгоритм бинаризации позволяют провести это сравнение на бинарных изображениях и, благодаря свойству 3, проконтролировать сколь угодно сложную форму сегментов индикатора в масштабе реального времени. Благодаря свойству 3 оказалось возможным разработать алгоритм

автоматического выбора зон контроля (бинарных подэталонов) наличия (или отсутствия) сегментов. Процэсс обучения системы тем самым стал практически полностью автоматизирован и занимает ~ 5 минут.

На основе экспериментов с автоматической зрительной системой для выходного контроля ИЖК устачовлено что: о время выполнения автоматического зрительного контроля одного индикатора - 5 с (ср. 30 с. для ручного контроля); в том числе контроля внешнего вида - 1,5 с; о при этом выявляются дефекты внешнего вида индикаторов с контрастом от 0,2 и размером 4-5 пикселов и контрастом 0,3-1 размером 1-2 пиксела; о надежность операций автоматического зрительного контроля составляет 1 - 2 V. пропущенного брака по внешнему виду и менее 1 7. по правильности функционирования; 1 -2 % ложно забракованных ИКК по внешнему виду и менее 1 % по правильности функционирования;

о время обучения описанной системы контролю нового типа ИЖХ не превышает 4 минут.

Четвертая глава посвящена СТЗ для контроля линейных размеров з ГПС механообработки. Состав аппаратной части: ТВ-камера на ПЗС матрице, установленная на готовке фрезерного станка; датчик 0Т-10МТ; микро-ЭВМ ДВК-2М, связанная со СУ станка через центральную управляющую ЭВМ СМ 1420. Размерный контроль проводится после завершении обработки детали, поэтому влияние вибрации, масляных брызг и других помех, возникающих в ходе работы станка не рассматривалось.

Алгоритмическое обеспечение учитывает преимущество зрительной системы в регистрации относительных различий объектов в пределах одного поля зрения. Перед рассматриваемой СТЗ не ставится задача обеспечить автоматическое измерение произвольных линейных размеров, ее целью СТЗ является определение в автоматическом режиме отклонений в размерах контролируемой детали от соответствующих размеров эталонной детали.

Важной особенностью организации алгоритмического обеспечения контрольно-измерительной СТЗ является го, что как при обучении системы, так и в автоматическом режиме, используются одни и те же

механизмы и алгоритмы сбора и обработки зрительной информации. Такая организация является одним из гарантов метрологической достоверности получаемых результатов (измерения-сравнения). Другим гарантом метрологической достоверности результатов является проверка качества зрительной информации после ее ввода в ЭВМ и оценка точности получаемых результатов на всех этапах обработки зрительной информации. Таким образом, результат каждого измерения в автоматическом режиме снабжается достоверной оценкой точности с которой он получек.

Модель процесса зрительного контроля формируется в ::оде обучения СТЗ и включает в себя множество измерительных эталонов и последовательность измерений. Измерительный эталон включает в себя следующие сведения об одном из отсчетов эталонной детали:

в координаты головки станка, при которых фрагмент, требуемый для взятия отсчета, находится в поле зрения ТВ-камеры и наблюдается с заданного расстояния;

• режим работы осветителя при снятии отсчета;

• координаты фрагмента поля зрения (в дискретном растре), содержащего отсчет;

• параметры, характеризующие отсчет внутри этого фрагмента (положение края и яркости его сторон).

Последовательность измерений записывается на специальном языке. Программа, составленная из операторов этого языка содержит пары эталонов для проверок расстояний между соответствующими эталонными отсчетами и величины погрешностей, с которыми указанные проверки должны производится. Перед началом выполнения программы контроля, модель процесса контроля проверяется на семантическую корректность: все ли измерительные эталоны, указанные в модели сформированы; согласованы ли измерительные эталоны по направлению края,служащего отсчетом; не превосходит ли заданная точность измерений максимально возможную точность системы (определяемую в процессе тарировки)?

Базовое программное обеспечение СТЗ для контроля линейных размеров включает в себя две основные группы операций: операции обучения и операции измерения. К числу операций обучения относятся операция тарировки и операция формирования измерительного эталона. Операции измерения представлены операцией определения

расстояния между эталонными краями II операцией измерения расстояния между контрольными краями.

Проблемно - ориентированное ПО создавалось для двух вариантов работы системы. В первом варианте центральная управляйся ЭВМ СИ 1420 используется в однозадачном режиме только для нужд зрительного контроля (например, производится контроль линейных размеров полностью обработанной детали). Программа, реализующая такой вид работы СТЗ хранится па магнитном диске СМ 1420 в виде файла ОС РАФСС и загружается по мере необходимости по каналу связи в ДВК-2М. В процессе выполнения контроля размеров СМ 1420 используется только для обеспечения связи СТЗ с системой управления обрабатывающего станка.

Во втором варианте центральная управляющая ЭВМ СМ 1420 работает в многозадачном региме, обеспечивая управление всем процессом обработки деталей в ГПС. Программа, обеспечивающая такой вид работы СТЗ (в оперативном режиме проконтролировать указанный размер или размера), хранится на магннтных дисках ДВК-2М в виде файла ОС Ф0Д0С и загружается в ОЗУ ДВК до начала работы всей системы. В ОС РВ, в среде которой функционирует СМ 1420 в этом рожкгз работы, предусматривается драйвер обеспечивающий общение голоеной управляющей программы с СТЗ на уровне код задания - код ответа.

Эксперименты с описанной СТЗ для контроля линейных размеров в составе ГПС фрезерной обработки показали хорошую работоспособность предлагаемых алгоритмов контроля. При использовании указанной в начале статьи аппаратной поддержки была получена точность контроля линейных размеров до 0,3 расстояния между соседними точками дискретного растра. Что в абсолютных величинах составляло 0,03-0,02 ии.

Основными результатами, полученными в настоящей работе являются следующие:

о Впервые в нашей стране практически реализован метод использования полутоновой зрительной информации для контроля контрастных объектов в условиях неравномерной освещенности с использованием априорной информации о контролируемых объектах. Реализации выполнены на базе как серийного полутонового датчика

0Т-10МТ, так к специализированного видеопроцессора, о Разработаны алюритмы и создано программное обеспечение *ля опытных образцов контролирующих систем:

а) контроля функционирования индикаторов на жидких кристаллах,

б) выделения дефектов внешнего вида ИЖК.

в) контроля линейных размеров.

в Разработанные средства позволили обеспечить надежность контроля внешнего вида И5К на уровне не более 2 У. и функционирования ИЖК - не более 1 У. пропущенного брака, в Для программирования специализированного процессора клеточной логики предложен язык CL и реализован кросс-компилятор языка CL на ДВК.

ПЕЧАТНЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Кугушев Е.И., Рутковский С.В., Трескунов A.C. Дисковая система ДИС для ЭВМ типа "Электроника-60". - М., 1987.- 21с. (Препринт/ ИПМ им.М.В.Келдыша АН СССР; N45).

2.Кугушев Е.И., Соколов С.М., Трескунов А. С. Пакет прикладных программ инспекционного видения. - В кн.: Научно-техническая конференция "Разработка систем технического зрения и их применение в промышленности". Тезисы докладов. (Ижевск, сентябрь 1988г.) Ижевск, 1988, ч.1, с. 101-102.

3.СТЗ в автоматическом комплексе для контроля функционирования индикаторов на жидких кристаллах / Е.И.Александров, И.И.Бессарабов, В.В.Войцеховский и др. - В кн.: Научно- техническая конференция "Разработка систем технического зрения и их применение в промышленности". Тезисы докладов. (Ижевск, сентябрь 1988г.) Ижевск, 1988, ч.1, с. 5-6.

4.Программное обеспечение системы технического зрения для автоматического контроля правильности функционирования индикаторов на жидких кристаллах /' Д.Е.Охоцимский, Е.И.Кугушев, С.М.Соколов, A.C. Трескунов. М., 1989.- 26с. (Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша АН СССР; N69).

5.Соколов С.М., Трескунов А. С. Система технического зрения для контроля линейных размеров в ГПС фрезерной обработки. - В кн.: 6-ая межд.конф. по гибким производственным системам. Тезисы докладов. (Пула, СФРЮ) Москва, Международный НИИ проблем

управления, 1989, с. 78-79.

6. Спецвидеопроцессор для СТЗ промышленного применения / А. В. Горелов, М. В. Руцков, К. Ю. Соколов, С. М Соколов, А. С. Трескунов. - В кн.: 5-е Всесоюзное совещание по робототехническим системам. Тезисы докладов. (Геленджик, 1990) Москва, ВИНИТИ,

1990, с. 93.

7. Соколов С. М., Трескунов А. С. Программное обеспечение системы технического зрения для автоматического контроля индикаторов на жидких кристаллах. - В кн.: 5-е Всесоюзное совещание по робототехническим системам. Тезисы докладов. (Геленджик, 1Р90) Москва, ЕНИИТИ, 1990, с. 202.

8.Спецвидеопроцессор для систем технического зрения промышленного применения / Л. В. Горелов, М. В. Руцков, К. ¡0. Соколов, С. М Соколов, А. С. Трескунов. - В кн.: Системы технического зрения, М. Наука, 1991, с. 196-198.

9. Д.Е. Охоцимсхий, Соколов С. М., Трескунов A.C. Система технического зрения для автоматического контроля индикаторов на жидких кристаллах. - В кн.: Системы технического зрения, М. Наука,

1991, с. 107-116.

Ю.Соколов С. М., Трескунов A.C. Система технического зрения для контроля линейных размеров в ГПС фрезерной обработки. - В кн.: Системы технического зрения, М. Наука, 1991, с. 159-165.

11.Спецвидеопроцессор для СТЗ промышленного применения / A.B. Горелов, М. В. Руцков, К. Ю. Соколов, С. М Соколов, A.C. Трескунов. М., 1991,- 24с. (Препринт ИПМ им.М.В.Келдыша РАН; N130).

12.Sokolov S.M., and Treskunov A.S. Automatic vision system for finall test of liquid crystal displays, in Proc. 1992 IEEE Conf. "Robotics and autonation".