摘 要

一方面随着塑料波纹管的应用前景越来越广阔，波纹管的产量与日俱增，传统的波纹管人工检测缺陷已适应不了工业化的快速流水线生产，另一方面，随着数字图像处理技术的高速发展，因此近年来，不少企业和高校研究人员开始研究一种基于数字图像处理的波纹管缺陷检测系统，利用机器视觉技术可以使该系统完成波纹管的快速检测和实时处理。

本文根据塑料波纹管常见的缺陷，设计了一种基于数字图像处理的波纹管缺陷检测系统，该系统主要完成波纹管形体数值的检测、毛刺缺陷的检测以及小孔数目的检测。本系统首先利用PLC采集计数光电旋转编码器的脉冲信号以控制相机的外部触发信号，然后以In-Sight视觉系统为核心完成图像的实时获取与处理，最后利用RS232/485转换器完成相机与PLC之间的数据通信并由PLC输出检测结果。

系统设计完成后经过重复性测量实验，对测量数据进行记录分析，结果表明，在允许误差和允许处理时间内，基于数字图像处理的波纹管缺陷检测系统可以完成波纹管常见缺陷的检测。

关键词：数字图像处理；机器视觉技术；PLC；视觉系统

Abstract

On the one hand, with the increasingly extensive application prospect in the plastic corrugated pipe, corrugated pipe production increases, the traditional bellows artificial defects detection have been adapted to the fast line of industrial production, on the other hand, with the rapid development of digital image processing technology, therefore, in recent years, many companies and university researchers began to study a corrugated pipe defect detection system based on digital image processing and machine vision technique can be used to make the system complete fast detection and real-time processing of bellows.

According to the plastic corrugated pipe of the common defects, we design a corrugated pipe defect detection system based on digital image processing, this system mainly complete the corrugated pipe form the numerical test, burr defect detection and the number of holes.This system first acquisition count the pulse signal of photoelectric rotary encoder using PLC to control the external trigger signal of the camera, then - Sight In visual system as the core to complete real-time image acquisition and processing, finally using RS232/485 converter to complete the camera and the data communication between the PLC and by PLC output test results.

System design is completed through repetitive measurement, record analysis of measured data, the results show that the margin of error, and allow the processing time of corrugated pipe defect detection system based on digital image processing can complete testing common defects of bellows.

Keywords:Digital image processing；Machine vision technology；PLC ；The visual system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国内外波纹管缺陷检测系统研究现状 1

1.2.2 存在的问题 1

1.3 论文主要内容和组织结构 2

第2章 系统原理概述 3

2.1 机器视觉技术 3

2.2 图像预处理 4

2.2.1 图像的数字化 4

2.2.2 图像的灰度化 4

2.2.3 图像二值化 4

2.2.4 图像细化 5

2.2.5 大小归一化处理 6

2.3 模式识别 6

2.3.1 模式识别概述 7

2.3.2 图像识别的方法 7

2.4 边缘检测 9

2.4.1 Sobel算子 9

2.5 本章小结 9

第3章 系统设计 11

3.1系统总体设计 11

3.1.1 系统方案比较与选择 11

3.1.2 系统总体结构 11

3.1.3 系统功能分析 12

3.1.4 系统工作流程 13

3.2 系统硬件设计 15

3.2.1 直流稳压电源设计 15

3.2.2 光源 16

3.2.3 外部触发模块 16

3.2.4 图像处理模块 18

3.2.5 数据通信模块 20

3.3 系统软件设计 21

3.3.1 开发软件介绍 21

3.3.2 应用程序设计 23

3.4 本章小结 28

第4章 系统测试 29

4.1测试环境与检测标准 29

4.1.1 硬件环境 29

4.1.2 实验环境 30

4.1.3 系统检测标准 31

4.2 外部触发功能测试 31

4.3 图像处理功能测试 33

4.4 通信功能测试 37

4.5 本章小结 42

第5章 总结与展望 43

5.1 全文总结 43

5.2 不足与展望 43

参考文献 44

致谢 45

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

塑料波纹管属于波纹管的一种，广泛用于机床机械及电箱控制柜的走线连接，塑料波纹管分两种，一种是完全气密、水密的；另一种是用带料连续卷绕的，普通卷绕的波纹管用于保护电缆。塑料波纹管以它刚柔相济的特点以及良好的性能近年来已逐步取代各种塑料管和金属管^[1]。

目前，全球对塑料波纹管的需求量约为1200万吨，随着波纹管成型技术的不断发展以及塑料波纹管应用领域的不断开拓，估计全球对塑料波纹管的需求量将以每年6%的速度增长，到2020年将达到1700万吨。其中，我国已有数千家塑料波纹管生产厂家，每天生产的波纹管数以千吨计，随着塑料波纹管的应用前景越来越广阔，市场的供应需求越来越大，生产速度与工艺水平要求越来越高，由此衍生出一个问题，如何能够快速识别从流水线上下来的塑料波纹管是合格品还是次品，在此背景下，本课题研究应运而生，基于数字图像处理的波纹管缺陷检测相比于目前国内外大多数生产厂家采用的人工检测来说，其检测效率高，误检率低，技术成熟之后可以实现全自动化工作流程，大大节省厂家的财力物力人力，因此，本课题的研究对于波纹管缺陷检测的自动化工业化有一定的参考意义^[2]。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外波纹管缺陷检测系统研究现状

国外机器视觉技术的发展比国内早，在半导体电子器件生产制造行业，机器视觉技术应用较广泛，具体如各种半导体元器件设备与电子辅助设施，还有各种PCB印刷电路与覆铜板所需材料及辅料，波峰焊机及各种电子模具。机器视觉检测技术也被广泛应用于例如波纹管缺陷检测等产品质量检测，它的作用对于工业自动化智能化具有非同寻常的意义，另外，在其它领域，机器视觉技术也有很大的发展前景。

在国内，由于机器视觉技术是新兴的技术，所以各行业在此技术上的应用还很少，只存在于一些要求比较低的行业。国内很多高校和企业的研究人员已着手进行机器视觉技术的深入研究，虽然目前只在一些要求不高的检测系统中有所应用，但随着数字图像处理技术与计算机技术的高速发展，机器视觉技术在我国具有良好的发展前景，相信在不久的将来，在某些高端领域中也会有其一席之地^[4]。

1.2.2 存在的问题

国内不少厂家生产制造波纹管，但其自动化效率较低。波纹管中重要的质量检测基本依靠传统的人工检测。检测效率低下，波纹管质量无法得到可靠的保证。

1.3 论文主要内容和组织结构

结合论文课题要求以及机器视觉技术的快速发展，本文提出了基于数字图象处理的波纹管缺陷检测系统。结合相关的研究成果，设计了基于数字图象处理的波纹管缺陷检测系统，完成了系统的软硬件设计。