автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Синтез систем технического зрения для контроля плоских поверхностей на основе конструируемых локальных окон

харьковский ордена трудового красного 5намш!

институт рлдюататроиики

' имени акадоика м.к. янгеля

; ".о:»»

На правах рукописи

СоловеП Владицир Алексеевич

синтез систем технического зрения для контроля плоских поверхностей НА основе конструируемых локальных окон

05.13.01 - Управление п технических системах

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харьков - 1993

Работа выполнена в Сумском физико-технологическом институте

Научный руководитель - доктор технических наук, професс

Путятин Евгений Петрович

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Руденко Олег Григо евич

- кандидат технических наук Веселый Виктор Павлович

Ведущая организация - Научно-производственное объединен "Электрон" г. Сумы.

Защита диссертации состоится " ¿¿/у2бЛ&\993 г.

б _ часов на заседании специализированного совета

К 008.37.01 в Харьковском ордена Трудового Красного Знамени институте радиоэлектроники имени академика К.К. Янгеля / 3I0I4I, Харьков - 141, проспект Ленина; 14 /

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского ордена Трудового Красного Знамени института радиоплек роьнккн имени академика U.K. Янгеля.

Ученый секретарь

специализированного сопртп ■ Эдуард Александрович Дед;:

Автореферат разослан

0Е1ДАЯ ХЛРА]СГЕР.:СП1КА РАБОТЫ

Актуальность рчботц. Современное развитие робототехники и гвтоыатизацни Tecic.ni образец связано с разработками о области |бработкн изображений и прикладного распознавания образов.

В последнее время псе более актуальной з прошгвлоиности :тановится задача автоматического контроля, особенно при авто-¡а-тинации сборочных процессов, поскольку сборка долота осуче-;тзлпться двталгаш, про'леддмн контроль. Автоматизации :онтроля, особенно в массовом производстве, является задачей, 'ребуидеЛ применения слоашх систем контроля, в тем числе на юново'систем технического зрения (СТЗ). В то ке время оче-1НДНО, что высокая плотность информации, содер^ейся в ви-.еосигнало, вызывает необходимость использования большой вы-[нслитольной мощности и слолшх алгоритмов цифровой Ъбработ-:н. Это для большого числа прикладных задач но позволяет пришить хорошо теоретически разработанные алгоритмы теории установления изображений или алгоритм выделения полезного игнала из зааумленных изображений на основе методов опти-альной фильтрации, требующих большого процессорного времени.

Большому классу изделий машиностроительной и электронной ротмленности предъявляются высокие требования к качеству оверхности. К таким изделиям, в частности имещим плоские оверхнзети, относятся, например, печатные плати, кремниевые ластигм, порхнепыо кольца, седла клапанов и др. Существующие ТЗ для контроля таких поверхностей но всегда обеспечивают *•" ребуомыо быстродействие и достоверность контроля и при. этом осьма-дороги. . .

Лели» диссертационной работ» является повышение эффек-

тиэности систем технического пронял для контроля плоских поверхностей.

П ог-,г м с том и с с л г.- до п ян я П настоящей работы ясляятся методы и средства ецдслснип полезной информации в изображениях объектов контроля.

Для задач контроля поьерхност&Я, в частности при поиске дефокток, когда существенной является информация о наличии случаГн^ч образом расположенных дс'сктов, требустсл оарппее локализовать область контроля, исключив операции поиска и идентификации границ. Очень влшю ргзекио с-гоП задачи на стаду»! предварительной обработки сигнала об изображении, а именно на уроШе датчика. Ого позволяет полу-ить значительно СояьпиЯ С'йект оа счьт разгрузки ьачислительиоЯ мощности систем обработки и рзелознаьанил и состйетстьушрго сгаг.оиия требований к ним'.

Задачей работы является разработка систем тективского зрения для контроля плоских поверхностей с потгпгкноП достоверность» функционирования и высокой производительность») при низкой стоимости на основе метода конструируемых локйльь~:х окон.

Решение отой задачи состоит из совокупности следукгдих задач :

1. Разработка метода конструируемых локальных окон.

2. Разработка математической модели телевизионной СТЗ на основе конструируемых локальных окон.

3. Разработка алгоритмов эффективного кодирования изображений конструируемых локальных окон.

4. Реализация полученных алгоритмов в виде эффективных

аппаратных реиенаЯ.

Автор защищает;

- цатод конструируемых локальных окон;

- алгоритм е*?зктирного кодирования изображения конструн-руеглл: локальных окон;

- спстеш контроля плески:: попсрхностоП и их .осношша блоки.

Научная иновизна работа заключается:

1. В разработка истода сцделоник полезней информации в изображениях контролируешх поверхностен на осново конструируешь: локалыглх окон,

2. Алгоритмов з:{фзхтивного кодирования конструирусюк локальных окон.

Практическое значение работы состоит;

1. В разработке систем технического зрения для автоматического контроля поверхностных дефолтов на основа конструируемых локальных окон.

2. В разработке функциональных блоков систем технического зрения с конструируецыыи локальными окнами.

Достоверность полученных результатов обоснована теорети-íecки, экспериментами на специально изготовленных стендах и '.акетах и результатами внедрения.

Результаты внедрения положений н выводов диссертационно^ >аботы заключается в том, что они использованы при построении 1йтоиата для контроля поверхностных дефектов заготовок поршне-па колец по хоздоговорная теме "Разработка и исследования

системы автоматического контроля поршневых колец", У ГР 0167-0035091, а также при дипломном проектировании в Сумском, физико-техпологическом институте.

Апробация работы и публикации. Научные результаты работы докладывались и обсуждались на Республиканской школе-семинаре "Опыт создания и эксплуатации робототехнических комплексов и ГПС в мамино- и приборостроении" /г. Сумы, 1983 г./; на Всесоюзной научно-практическом семинаре "Гибкие производственные системы. Состояние исследований. Практические вопросы", /г. Москва,. 1503 г./; на Всесоюзной научной конференции "Проблемы технологии и точности ГПС в машиностроении", /г. Моск-па, 1990 г./; на Международной школе "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными объектами" /г.г. Харьков-Туапсе, 1992 г./; на М1таароднону симпоз1ум1 з 1мов1рн1сних моделей та обробки виаадкових сипшл1в I пэл1в /Харк1в-Терноп1ль 1992 р./

По результатам работы опубликовано девять статей и получено десять авторских свидетельств к положительных решений на изобретения.

Объем и структура работы. /Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, содержит 49 рисунков и 9 таблиц.

Содержание работы

Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, кратко охарактеризованы научная новизна и практическое значение полученных результатов, приведена структура и краткая аннотаций

глав диссертационной работы.

В первой глава работы анализируется состояние исследуемой задачи, проблема выбора устройств видеоввода и сродств освещения, формулируется математическая постановка задачи.

функциональный возможности, эффективность и гибкость СТЗ зучественно зависят от ее алгоритмического обеспечения. Для работы в реальном времени используемые алгоритм долоты быть :сак мояно более простыми, но вместе с тем пирокиЯ круг решаемых задач заставляет обращаться к слотало! методам обработки и анализа видеоинформации. С другой стороны, ограничения в стоимости, надежности работы в тятолых производственных условиях и некоторые другие допускают использование в СТЗ лишь сравнительно дезввых и простых вычислительных устройств.

В работе показано, что в настоящее время появляется все Зольная потребность в СТЗ, в которых удается достигнуть разумного компромисса и о ¡аду их универсальностью и специализацией, -¿то на наш взгляд, и определяет перспективу исследований в этом травлении. Наиболее важными характеристиками эффективности 1ромы:зл0нних СТЗ являются быстродействие, достоверность, надежность и стоимость. На их обеспечение влияют главным образом такие факторы, как сложность алгоритмов обработки, количество информации в изображении, характеристики видеодатчиков и средств освещения.

На основе анализа применяемых в настоящее время в системах технического зрения устройств видеоввода показано, что для «<• шалнза зафиксированных перед видеодатчиком поверхностей, характерными признаками которых являются точечные одиночные или рассеянные"дефекты, наиболее эффективным является применение

- о -

видиконов даяе по сравнений с ПЗС. Дана характеристики шухов характер их влияния на качество работы датчиков.

Проанализированы проблемы СТЗ, силзашп;з с освещением. Определены основное источники искажений к^к оптических, так и от освещения. Показано влияние выбора освещения на сложность алгоритмов обработки, а такто, !) частности - целесообразность применения для нозоркаяьних поверхностей диффузного освещения способствуищего подавлению основного р'сльефа поверхности и контрастировании дефектов.

Особенность» предлагаемого в работе метода решения задачи синтеза систем технического зрения для контроля плоских поверхностей является устранение избыточной информации в изобрп жении контролируемой поверхности на уровне датчика путем использования конструируемых локальных окон. Это позволяет для функции, описывающей результат анализа изображения,

где - распределение интенсивности освещения, К - искажения, вносише освещением,

- искажения, вносимые оптической системой, £ - случайная функция шумовых фактбров ~\Г ~ - сеточная функция,

= [о ^ У(Ь,)<И

Н - порог бинаризации, ввести ограничение в виде функции локализации ■ / , I [ / при Ь^д = { о при ,

где П - локальное окно. В результате

{ при 5 = о

^ " ! О при К ¿0 Эхо пэзголяст погасить быстродсйстзно, снизить вероятность ;боя при выполнении операции анализа, снизить аппаратурный затраты на преобразование изображения. Получение этой функции : учзгсн^ н является задачей данной работы.

Во яторой глаза работы разрабатывается математическая модель систг:а1 технического эрення, используюцая конструируемые юкалышз окна, и прздлагаатся формулы для представлетая в «пскретнои э:»до изображений этих окон.

Предяоган прииципкалмя новый метод контроля плоских по-герхностзй на основе конструирует« локаяьких окон. Суть извода заключается з той, что каядоиу контролируемому объекту зтазитоя а соответствие локальное окно, конструируемое з фор-

этого объекта. В результате резко уменьшается количество шалиаируемоЯ информации.

Формально задача, решаемая СТЗ, сводится к вычислении 'ункции ^ , особенностью которой в данной работе как отнеслось выше, является введение характеристической функции, ¡одерадчей информацию о локальном окне. Наличие этой харак-■еристической функции приводит к принципиальным отличиям разматываемой СТЗ по сравнении с существующими.

Изображение характеризуется распределением интенсивности ^■(У)У) ' Распределение интенсивности излучения от сцены

воспринимается камерой на фоне большого числа искажений, вносимых. В изображение различными источниками. Исходя из этого в работе модель камеры представлена зависимостью выходного напряжения у от распределения интенсивности в плоскости изображения с учетом искажающих факторов

/М^М-

Телевизионное изображение является результатом движения электронного луча по всей дискретной совокупности элементов изображения за фиксированный промежуток времени. Это позволяет рассматривать выходной сигнал модели камеры как функцию времени, которая получается заменой координат X > ^ зависимостями от времени X ( ^) и ^ J .

Таким образом, после подстановки вместо X , У- выражений для % и получаем функцию ) , которая называется сеточной. Эта функция представляет собой выражение для результирующего сигнала в момент времени на выходе модели камеры.

На следующем этапе преобразований выходной сигнал претерпевает операцию бинаризации путем введения порога Н >С результат которой представляется бинарной функцией

1г№=[о »г г(ь)<н ■ '

Ограничиваем анализируемое изображение путем введения характеристической функции; которая определяется параметрами интересующей нас области И , представляющей конструируемое локальное окно,

, . Г/ при. ±иЕ В

при Ь^д.

На основании вышеизложенного в работе показано, что:

1. Время анализа изображения объекта предложенным способом в ¡) раз меньше времени анализа всего изображения, где

]} = 101- , а / $1 - количество элементов множества ])

М

2. Отношение вероятности возникновения хотя бы одного сбоя при анализе сигналов в модифицированном случае к аналогичной вероятности Р^ в исходном случае подчиняется следующим оценкам:

/2>/-/

Ш/'.Р <_£± _¡Л

N в М-р'

Н-1

Здесь С^ - 1 ~Р - вероятность безошибочного приема снгна-юв.

Реализация предложенного в работе метода конструируемых юкальных окон требует возможности получения на телевизионном 5кране изображений различных форм распространенных деталей и оделиЛ машиностроительной, электронной и др. продукции, которые могут представлять собой как простые, так и сложные-геометрические фигуры. Показано, что наиболее эффективным юдходом к решению этой задачи является разработка специали-* тированных генераторов изображений, обладающих сравнительно шэкими стоимостью и аппаратурными затратами и сохраняющими

- ю -

при этом высокое быстродействие. В основу построения таких генераторов в работе положено представление геометрических фигур на телевизионном экране в точечном виде. Для^формирования на экране кусочно-аналитической кривой [~Г= Гр , где каждая кривая Гр задана аналитически как график функции X (У) > Р~ Я- в декартовой системе коорди-

нат, достаточно сформировать каждую кривую в отдельности. Для формирования кривой Гр в запоминающее устройство для каиздой строки Д , ^ £ ^ ^тлх необходимо ввести коор-

динату точки/номер элемента у /, в которой кривая Г^ пересечет эту строку. Отсчет номера элемента ведется от вертикальной прямой с уравнением Х-0 или от вертикальной прямой, сдвинутой влево от первой на расстояние сС . Таким образом 'получено выражение для координаты ^ , в которой кривая Гр пересечет строку

}

д X

где СС, & у- - расстояние между элементами изображения соогьетственно по-горизонтали и вертикали.

В работе рассмотрен ряд примеров, подтверждающих достоинства такого подхода.

В третьей главо рассмотрены матричный и координатный методы кодирования телевизионных изображений конструируемых локальных окон, выполнена оценка их избыточности, разработан алгоритм рационального кодирования изображений и предложен вариант его реализации.

Из имеющихся в настоящее гремя подходов к описанию изо-

бражений в СТЗ наиболее рациональным является точечное представление изображений, одним из основных преимуществ которого является отсутствие накопления ошибок. Известны матричный и координатный методы коднрогання изображений на основе точечной структуры, каждый из которых в зависимости от вида изображения требует для своей реализации различное количество информации. При этом возникает вопрос оценки ее величины и на этой основе выбора способа рационального кодирования точечюдх изображений.

Число бит информации для реализации матричного метода формирования изображения на матрице из элементов равно 1М = ^ Число бит информации для реализации коорди- • иатного метода формирования изображения, содержащего К точек, на матрице из П, элементов равно = ^^ /2 -К !Ъ. Поскольку число элементов, принадлежащих формируемому изображению КА- и, соответственно, число возможных изобраяе-ннй равно С^ , то минимальное количество требуемой а этом

случае информации равно Iт ~ . Оценку избыточно-

сти каждого из методов можно произвести о помощью предложенных в работе выражений для коэффициентов избыточности

П* К ¿0^ п

Анализ зависимостей этих коэффициентов от величины К по-" казал, что как матричный, так и координатный методы кодирования изображений обладают избыточностью. >

£слн ¿тзбнть иночество из ялементоп отображения на

-12-

подмножества tl^} rit} tlj так, что IV — n>t + tVt ... +

t" ftj ( } и, соответственно 2* -

nni л "i

' ¿1 , то в этом случае в каждое подмножество

войдет Kf, Kt) ..., Кj точек К —Kj + Ki Kj , В результате каждое подмножество элементов отображения можно рассматривать как отдельный источник информации, а величина избыточности для каждого источника будет -

hK;. ^ 'ч. С> ■■•' V "Г^

При этом информация, передаваемая от всех источников, определяется выражением

■В работе доказывается, что, поскольку в рассматриваемом случае мы получаем заранее дополнительную информацию О К, f то С ^ П С' * . Это означает, что при представ-

Л «/=/ 'V

лении формируемого изображения информацией от нескольких источников величина передаваемой информации будет меньше,, и мы ■получаем большую избыточность информации, чем при представлении от одного источника, что позволяет при хранении, и передаче информации об изображениях уменьшить емкость требуемой памяти.

Очевидно, что для каждого из источников информации в зависимости от числа' К эффективность применения матричного или координатного метода будет различна, В работе определены условия, при .которых можно однозначно судить об жТфективно-сти применения каждого из методов для Любого К • Матричный

метод нужно применять при условии

а координатный - при условии

п « ^ и ^ п>

4)

л х 71 7 ^ гь

Б работе на примере проиллюстрирована эффективность использования этих условий и разработан алгоритм оценки эффективности кодирования изображений локальных окон матричным п координатным методами. В СТЗ промышленного применения, как пра-

I

вило, формируются изображения, для которых числа К заранее известны. Для таких систем в работе разработана схеиа реализации алгоритма оценки эффективности кодирования.

Рациональное кодирование точечных изображений не устраняет избыточность полностью. Дальнейшее уменьшение избыточности возможно путем использования различных методов сжатия изображений. Один из этих методов учитывает тот факт, что код изображения, полученный матричным или координатным методами, является равновесным кодом, поскольку в каждом случае для него число К 'заранее известно. Существующие методы сжатия равновесных кодов в ряде случаев требуют слишком больших аппаратурных затрат. Поэтому целесообразно использовать для сжатия равновесных кодов биномиальные числа, обладание структурой, соответствуете?.' структуре кодов с постоянным весом. Процедура сжатия состоит в переходе от равновесного кода к биномиальному и затем от биномиального кода - к двоичному номеру. Для этого пре-

- 14 -

i ■»

образования используется известная функция для биномиальной

систош счисления. В работе предложен алгоритм такого преобразования, который заключается с следующем: подсчитывается количество единичных разрядов в коде К ; р - разрядный код с постоянным весои прообразуется в {V - разрядный биномиальный код по известному алгоритму; для кавдого ¿ - го разряда биномиального кода, где = 1, 2, , . Л , подсчитывается число единиц в старших разрядах ; для каждого разряда

подсчитывается величина К - О, ■ ; для каждого разряда под-

г

считиваотся с помощью алгоритма биномиального счета величина

U. ; проигводится суммирование величин L. для еди-1

ничкых разрядов биномиального кода. Рассмотренный алгоритм в работе положен в основу структуры преобразователя кода с постоянным весом в двоичную степенную систему счисления. В работе так« ресена задача обратного преобразования, т.е. получения исходного кода изображения по его сжатому номеру, и предложена, структура аппаратной реализации такого преобразования.

Другой предложенный с работе алгоритм основывается на том, что в преобразуемом двоичном 1Ъ - разрядном числе подсчитывается количество единичных разрядов К . В результате это число преобразуется в биномиальное с параметрами И и К • после чего осуществляется перебор биномиального кода в сторону убывания до получения нулевой комбинации и одновременно -двоичного - в сторону возрастания. Получаемое в результате число является сжатым отображением исходного двоичного сличаемого кода. Для некоторых значений № и К tvip сжатия будет весы/i значительным. На основе зтого алгоритма в работе предложена структура соитветствусле-о п;.-Р'>браз~<вп?еля код в.

Изображения з памяти СТЗ обычно хранятся э виде иомороз элементов отображения, находящихся в точках пересачешт формируемых изображения с соответствующими строками. При зтсм число разрядов ячеек памяти определяется наибольшим номером элемента этображення. Если жо э память записывать не значение координаты, а величину приращения ме*ду двумя соседними координатами зт-обраяаомой фигуры, то емкость памяти удается сократить в насколько раз.

Для построения на экране изображения аналитической криво? с помощью приращений, заданной в явном виде с помощь» функции X ~£ (^ необходимо занести в ЗУ координату элв~

мента изображения в строке с начальным номером ¿=0. Предпо-

I

лагаем в дальнейшем, что'для любых номеров строк ¿ =0,1,..., Ьтац выполнено ограничение

/74-

Л X

/ т«)

здесь А X и Д у - шаги по переменным X н у , соответственно целая часть аЬ . Для дальнейшего построения будем засылать в ЗУ для каждого номера ~ 1,2..., ^таж не номер элемента ^ (I) в строке I , а выражение - сС-^ , где (¿^ выбирается из заранее заданной совокупности натуральных чисел I) - ..., по следующему правилу, "менно, число ^ . долкно являться наилучним приближением модуля разности

А X

А X

>

элементами иночества

Р

т.е.

./ ___

лX

Наконец, знак перед числом совпадает со знаком разности

Списанная процедура позволяет, как уже упоминалось вше, уменьяить емкэоть памяти. В самом деле, в данном случае вместо хранения в ЗУ вычисляемого номера элемента ¿(ь) Для каждого номера строки £ можно вычислить номер элемента

(если, конечно, 1} ^ ¿тех ); яд'ссь

I, если У/лу ^

¿} — - I в противном случае.

Если на каком-то номере I окажется нарушенным условие ~ J /яо-Х • то ПРИД°ТСЯ пересчитать число £; из условия, сузив множество I) : именно, вместо ]) рассмотреть 1)' = ])-{с11} .

Так,'например, для формирования окружности в ЗУ вводят . для строки I ~ I координату точки (номер элемента) ) •

в которой окружность пересекает огу строку. Дня каждой после-

дую'дой строки в'ЗУ будет заноситься не нокгр элемен-

та уУь) « а символ 4- или — ; здесь <2^; -

длина интервала из конечного набора СI^ 3 заранее выбранных длин, наиболее близкая к длине

(Учитывая известную формулу для окру-лости

можно формально записать

-т'ьп

■/4.С&ГП

"■Г,12

где !^таХ ~ число строк той части растра, в которой описы-

д Ц

вается верхняя половина круга, а - — ^ - формат дискретного элемента.

Наконец, знак перед Л^ выбирается так: "+", если ¿(0 а если наоборот,

Кстати, в случае окружности нетрудно убедиться, что

/N V Н

а_¥

ьх

<О.

Значит для всех строк ¿'е 2,3 .... в ЗУ зано-

сится {—С11 ).

На основании г.:гаеизяокекного для формирования изображений конструирует»: локглып-х окон посродстсои прнращониП, в памяти последовательно, нач:и:ая с первого, записываются приращзшш координат точек контура формуемого изображения локального о::иа п {шазд о?«:: прира^ний. Знак приращения указиьает вычитать >■-.;! прибавлять данная приращение к значения координаты прг,пддуа;оЯ строки. Кооряки&ти контура формируемого локального окна /ого девоЯ :: правой частей/ формируются раздольно и но-завис'.адо друг от друге путей сложения либо вычитания значения госрдинати преддду^эй строки со значением приращения, выбранного из памяти в соо?Е8тстии с адресом. По этому кз адресу одновременно с прирсценису убирается знак приращения. В общем случао для каждой строки изображения в памяти хранится дгд значения' прнрг-щаиил и дез ¡знака отих приращений, соотпет-стг.у»щио лобоП и правой частям изображения.

В работа предложена структура генератора изображений, реализующего рассмотренная алгоритм.

При построс:ПП; изображения локального окна, обладающего с;шметрхеП|. как осевой так и центральной, оказывается воэ-ыокиым кодировать только части этой фигуры, по отношению к которой остальные ее части симметричны н их координаты могут быть определены косвенно по имеющимся координатам заданной части изображения. Достигаемая при этом экономия аппаратурных затрат не снижает точности получения изображения.

В работе предложен слсдуищиЯ алгоритм генерации изображений симметричны/ локальных окон.

- 19 -

В запсшшаещем устройство имсзтсл координаты крн-сН Г/ , расположенной сс П квпдранго декартовой системы координат, начало о' которой имеет■ координаты (, J о ) а исходной декартовой система координат . Качало 0 исходной системы координат расположено а верхнем левом углу телевизионного растра. Ось имеет направление вниз по кадру, ось у вправо по строка.

Кривая /"/. задана в декартовой системе координат I в следующем т>иде:

Г, ={(*>>]№ : ,

где Ь - номер строки, пробегающий все цзлиэ значения от ¿у" -номера начальной строки до - номера конечной строки;

^ (ь) ~ номер элемента отображения в I - Я строке, в которой кривая /; пересекает эту строку.

Точка 0 имеет координаты ( Ь<>, . так, что

Тогда кривая /г , расположенная в I квадранте симметрично кривой Ц относительно вертикальной оси 0 у , задается формулой

н

Кривая Г] , расположенная в Ш квадранте симметрично кривой Г} относительно горизонтальной оси X О ', задается в виде

- 20 -

с *

Кривая 11 ) расположенная в 1У квадранте симметрично кривой

относительно начала координат О } задается формулой

"ели р^лм:-;;:: экрана ограничат номером строки ^птх 1! помором оясаонта с строке ¿тал » то возможности изобразить кривую Ц необходимо выполнить условие

^(/о ^ J 'Г>ах > ирисув - условие £ ¿0 ** ^ та* >

кривую Р1 - оба предудуцнх условия.

Для реализации рассмотренного алгоритма в работе предложена соотво'.'ствуос/ш структурная схема.

В четвертей глаге работы п развитие рассиотрешюго метода конструируемых локальных окдн предложен метод контроля плос-¡¡¡сх лопсрхнзстеГГ'с черодусцимися поляыи различной отраэдтель-иоП способности, состоя^?. в тон, что формирует базовое локально.? окно, -формой и размерами соответстпуг^ее контролируемой поверхности. Внутри базового окна формируется соответствуя-цес число рабочих локальт.'х окон, конструируемых в соответствии с формой и размерами полей с различной отражательной спо-собностьг, раслолокенных на контролируемой поверхности. Эти окна разделяются зонами нечувствительности, учитывающими кра-овой эффект. Анализ изображения контролируемой поверхности в полях рабочих локальных окон выполняется последовательно построчно в то ение одного кадра изображения.

Такой метод применим дня контроля елочных поверхностей, раэдолонкк* на области с неодинаковой страдательной способно-

стью, например, печатные платы. В работе предложена структура аппаратной реализации зтого метода.

Па основе предложенного в работе метода конструируемых локальных окон разработан автомат для контроля поверхностных • дефектов заготовок порэневых колец. Аатомат представляет собой систему технического зрения с телевизионном способом получения изображения контролируемой поверхности. Дге телекамеры па зи-,"иконах оёоспсчиваит одновременное получение изображений двух противоположных торцевых поверхностей заготовки порхнсвого кольца, помещенной в зону контроля. Телекамеры установлены совместно со специально разработанными диффузными осветителями, хотсрыо позволили подавить микрорельеф поверхности заготовки и контрастировать дефекты; 3 качестве транспортного механизма использован серийный автомат КА-143, для которого была разработана специальная оснастка, ойесг.ечизасщая ориентацию заготовок, захват и подачу их в зсну контроля и выгрузку после разбраковки. Специализированный электронный блок автомата обеспечивает формирование локального окна, сконструированного в форме готового порлневого кольца, коррекция местоположения локального окна по отнэиснип к полотен::» изображз-. ни я заготовки в зоне контроля и анализ нали-'ия дефектов одновременно на двух противоположны-: сторонах заготовки с последующей разбраковкой.

Благодаря введению локального окна, не контролируптся припуски на последующую обработку, что визуально сделать оператору невозможно. Производительность авточата составляет до ЗОСС заготовок в час, что позволяет за7екить двух операторов. Достоверность контроля при этом значительно повышается, что

«

подтверждается заводскими исп;л\~, кипгл.

Г-аключение. Представленная работа преследовала цоль ловыле-ния быстродействия V. достоверности систем автоматического контроля плоских поверхностей на основа систем технического зрения. Суц;стсусдао систем технического зрения весьма дороги и из всегда могут сбс-спечить трэбуамоо быстродействие и надеглость. Эгя недостатки предлагается устранить за счат использования • конструируема* локьлмеяе окон, формой и раздорами соответствую-контролируем.1:! поверхности'.:, в н состоит основная ид г я работу. В с:тон случае из процедур- контроля исключается алгоритмически сложная к, в силу отого, недостаточно надежная опэрацил г.о;:сг:г. п идентификации краев контролируемой поверхности. Помимо достаточно длительного вреуенк выполнения эта операция содержит в себе процедуры, способствующие размыванию и потере в преобразуемом изображении контролируемого объекта ш:|>ор.^Ац;:и об одиночных дефектах, -'ьосприннмлемнх и данном случао как помехи /пум усилителей/. Кроме того, из операции контроля исключается анализ фона, что для зпдачи повышения достоверности контроля имеет решающее значение.

Непосредственно в данной работе предложена математическая модель телевизионной СТЗ, учитывающая конструируемые локальные окна. !!а основа этой модели разряботан метод контроля плоских поверхностей, названный, в работе методом конструируемых локальных окон.

На основе этого иатода получена возможность синтяза эффективных структур СТ£, отличаицлхся повьменио? шгче жтстьв и быстродействием.

развитие метода конструируемых локальных оксн озтрейомяэ

разработки специалышх функций локализации, что позволило разработать новкз методы элективного кодирования изображений локальных окон. I' ник относятся нет оды рационального кодирования на эсносо своГств екммзтрга, приращеннГ и биномиальных кодов.

Зги методы были использованы при построении систем тех-ыпеского зрения и их блоков:

1. Для плтоматичаского контроля плоская одиерод?::« поверхностей.

2. Для автоматического контроля плоских мзодпорзд:::^!: поверхностей.

3. Генераторов иооСрлпени?. локлльных окон с различными

I

способами их кодирования. : '

4. Споцчадъпего осветителя поверхности кс'Прг.-.пруомы* изделий, по которым формируются локальные окна.

Практическая разработка одного из таких автоматов, ис-юльзух'дего конструируемые локальные о>:нч, для контроля по-зерхностных дефектов заготовок пор-вневых колец показала гго эффектигность, внрззиз'зуюся с низкой стоимости, еысоко?! 'ыстродеПствии и надежности.

Б перспективе .^етод конструируемых локальных окон при ;альнейлем его развитии мотет быть использован для сложных неоднородных поверхностей, не обязательно плоских, а такте ;ля анализа распознаваемых изображений.

Основные результаты диссертации опубликованы в сл<?дуп-

работах.

I. Л.С. 1"25345 (СССР) Преобразователь кодов. /Борисенко 1.А., Кун о Г.З. , Соловей.Б. А._Спубл. Е'. Г-35, 1933.

Г:. Л.С. 1444956 (СССР) Преобразователь равновесного кода /Борнсенко A.A., Куно Г.В., Соловей В.А. Спубл. El № 4G, 1938.

2, A.C. I547071 (СССР) Преобразователь кодов. /Борисенко A.A., СоловеГ. В.А., Миролкичанко Б.М. Опубл. В! £ 8, 1990.

4. A.C. I7I5C47 (СССР) Способ автоматического контроля поверхностях дефектов и устройство для ого осуществления. /Бзрисeme о A.A., Соловой В.А. Д?Л, 1937.

5. A.C. I7C24I6 (СССР) Генератор изображений. /Борисенко

A. А-., Сол;вей В. Д., П;;ьеп;> Г.Н., Новиков Б.М. Опубл. П!'ir 43,

Т г

6. A.C. IC9I905 (СССР) Устройство для передачи информации /EopnctHxo A.A., Волод^енко Г.С., Соловой В.А., Леви В.А., Лисенко A.B., Mi?.cгромко С.'»!., Риндин Я.П., Улибин Ю.Е., Опубл. ЕЛ Г -12, 199!.

7. Ьорнсенко A.A., Волрдченко Г.С., Соловей Б.А., Ливпнь Г.П., Носиков В.-»., Иванченко U.M., Горбась И.Г., Калапннсои

B.В. Способ и устройство для автоматического контроля поверхностных дефектов. Полокит. рез. от 10.04.91, по заявке

)! 45C092d/£!i.

о. Горисенко A.A., Соловей З.А., Ливень Г.К., Новиков В."., Устройство для автоматического контроля поверхности!« деferroi». Положит, реи. от СО.05.1939, по заявке .Т 4017503.

9. Борисснго A.A., Соловей В.А. Устройство для автоматического контроля дефектов поверхностей. Положит, ре.п.от 30.01 Л9v2, по заявке i,' -1СЛ 17-М.

10. Г.з;.т.сеи;;о A.A., Соловей В. А., А].£уэоь Р..В. Метод контроля пост-] хнлеткнх де^йктпп в ГАГ; ни оемпое СТЗ. Б кн. Tea. док.",. ¡к. ürty ibo;1 ¡44!,Í. "Проблочы техн^л.п'ии и точности

ГПС в машиностроении. Москва, IS90, с. 62-63.

11. Борисенко Л.А., Соловей В.А., Арбузов Б.В. Роботкзи-

/

рованная система контроля поверхности поршневых колец с использованием СТЗ. В кн. Тез. докл. Всесопзн. семинара "Гибкие производственные системы. Состояние исследований. Практические вопросы". Москва, 1988, с. 37.

12. Борисенко A.A., Соловей В.А., Онанченкэ Е.Л., Куно Г.В. Об одном методе автоматического контроля качества плоских поверхностей. В кн. Тез. докл. Респ. школы-семинара "Опыт . создания и эксплуатации робототехнических комплексов и ГПС в машиностроении и приборостроении. Суш, 1988, с. 23.

13. Борисенко A.A., Соловей В.А., Усков М.К., Чинаов П.И.

I

Робототехническнй комплекс для автоматического контроля поверхностных дефектов с использованием технического зрения. В Междупар. \;урн. Проблемы машиностроения и автоматизации. 1991, К> 2, с. 23-28.

1-4. Путятин Е.П., Борисенко A.A., Соловей В.А. О рациональном кодировании изображений с точечной структурой. В кн. Тез. докладов Международн. яколы "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления елочными объектами". Харьков-Туапсе, 1992, с. 54.

15. Путятин Е.П., Борисенко A.A., Соловей В.А. К вопросу о рациональном кодировании точечных изображений. Деп. рук. УкрИ'/.'.КТ,!, 1992. ,

16. Путятин Е.Л., Борисенко A.A., Соловей В. А., Арбузов Б.В. О рациональном кодировании телевизионных изображений. //Зб1рка няукових праць "1мов1рн1сн1 та обробка зипадкозих сигкалТв I пол1в", ч. 2, с. I0G-II5, ларьков, 1992.

- 26 -

17. Разработка и исследование системы автоматического контроля поршневых колец. Соловей В.А. и др. Отчет о хоздоговорной работе. » ГР 0187-0085891 (ЖПИ, 1939.

»

13. Соловей В.Л., Ворисенко A.A., Новиков В.М., Пивень Г.Н. Осветитель. Положит, рев. от 23.02.1992 по заявке Г 4-183107.

19. Соловей В.Л. Контроль плоских объектов на основа СТЗ. Деп. рук. Укр1С5'.НТИ, 1988, » 2473-Ук 88.

i'"ji г. iQ,t/№