摘 要

近年来，机器视觉技术发展迅速。机器视觉技术就是通过光学技术、机械结构、电子技术一体化，使得机械具有与人类相似的视觉功能。机器视觉技术通过视觉摄像器件(也就是拍摄图像的装置,分为CMOS和CCD这两种)来获得被拍摄物体的图像。之后，图像被发送到图像处理环节。后续经过对数字图像的处理,按照每个像素点的灰度值、颜色分量等信息,能够判别出工件的尺寸大小、颜色和特征轮廓等。机器视觉系统能够在复杂的环境里面进行较长时间的持续工作。而且机器视觉系统与电脑连接很方便，有利于后续对数据的处理工作。

本次的设计是一套基于机器视觉的钢轨焊接检测系统。本设计拟采用工业相机采集数字图像，应用图像识别技术进行编程，再通过相应的算法进行多个方位的钢轨进行检测。本套系统采用结构光法的原理，利用线激光器投射激光线在钢轨表面,然后利用工业相机采集到图像，再经过图像处理软件处理判断钢轨焊接副两侧钢轨是否对齐。这套系统结构简单、性能稳定、易于维护，适用于检测钢轨焊接前的对焊接场合。

关键词：机器视觉；工业相机；对焊检测；图像处理

Abstract

Machine vision is a new technology developed in recent years, which uses the integration of light, electricity, motor to make the machine have the function of vision. Machine vision technology get the image of the workpiece through visual imaging device (namely the image pickup device, divided into CMOS and CCD ) .The image is then transferred to the processing unit .Through digital processing, according to the pixel distribution and brightness, color and other information,The size, shape, color and other information of workpiece get detected. Machine vision system can work in harsh environment for a long time, and can conveniently connect to the computer for digital processing,and also can effectively reduce the enterprise's labor and greatly improve the production efficiency and product quality.

This design is a set of rail welding detection system based on machine vision.This design is to use industrial cameras to collect digital images,to use image recognition technology to programme, and then to use the corresponding algorithm to carry out a number of positions of the rail detection. The system adopts the principle of structured light method, which is used to project the laser line on the surface of the rail. Then the industrial camera is used to collect the image, and using the image processing software to determine whether the rail welding on both sides of the rail is aligned. The system has the advantages of simple structure, stable performance and easy maintenance, which can be applied to detect whether the rails couple aligned before welding.

Keywords: Machine vision ；Industrial camera ； Detection of butt welding ； Figure phase processing

目 录

第1章 绪论 1

1.1 机器视觉研究的背景及意义 1

1.2 国内外机器视觉研究的发展现状 1

1.3 机器是视觉的发展前景与应用领域 2

第2章 基于机器视觉的多方位钢轨对焊检测系统 4

2.1检测对象 4

2.1.1 钢轨对焊的多方位检测 4

2.1.2 75Kg/m钢轨尺寸参数 5

2.2 检测系统的设计原理 6

2.3 系统的总体设计 7

2.4 部件选型 9

2.4.1 线激光器选型 9

2.4.2 工业相机选型 10

第3章 光照配置及机械结构设计 12

3.1 光照配置 12

3.2 机械结构设计 13

3.2.1 箱体材料选用 13

3.2.2 机械结构设计 14

第4章 图像处理软件开发 23

4.1 工业相机与计算器接口 23

4.2 软件界总体设计 23

4.3 软件界面设计 24

4.4 图像采集部分 25

4.4.1 打开与关闭设备 26

4.4.2 采集模式 27

4.5 图像处理部分 29

4.5.1 二值化处理 29

4.5.2 图像处理算法 31

第5章 小结 33

参考文献 34

致 谢 35

第1章 绪论

机器视觉是现如今一种重要的先进技术^[1]。简单地说，机器视觉是一种对物体进行测量和判断的技术手段。它依靠一体化技术用机器代替肉眼对被测物进行检测。机器视觉技术是一项极具综合性的技术，主要内容包括：传感器技术、光照技术、光学成像技术、图像处理技术、计算机技术、AD转换技术和控制工程等，遍及多个交叉学科。

1.1 机器视觉研究的背景及意义

机械生产以及许多领域的制造业的过程中，检测技术有着不可轻视的作用^[2]。有了良好的检测技术，产品的质量才能得到保证。尤其在先进的电子制造业中，机器视觉技术以及视觉检测技术有着非常广阔的发展空间。近代以来，我国在制造业的地位和占有比例越来越大，这就意味着对检测技术的相关要求也不断提高。机器视觉是将机械、电子科学、光学集成于一个系统的科学技术。将机器视觉引入检测领域,可以在很多场合实现在线高精度高速测量。机器视觉有许多优点，比如说检测速度比较快、要求的定位不复杂以及比较容易实现在线检测的功能，等等^[3]。从机器视觉这个概念的出现，到现如今技术逐渐成熟，已经跨越了十几年的历史长河。

在以前有许多很危险的、不适合人们长期进行工作的环境，只能冒着危险工作；还有一些工作场合，人眼的检测能力达不到标准。现在有了机器视觉技术，所有的这些问题都迎刃而解，而且，采用机器视觉来替代人工视觉，不论是工作效率、自动化的程度、检测的精度都得到了很大的提高^[6]。 安全是第一生产力。无论是什么行业，安全总是放在第一位的。由于列车车轮对钢轨各个方向的压力十分巨大，列车轨道很容易产生表面缺损^[14]。另外，钢轨在焊接的时候如果没有对齐，这将对列车的行驶过程带来巨大的安全隐患。列车轨道的铺设地形十分复杂，线路也比较长。如若采用人工去检测钢轨对焊的准确度，需要耗费大量精力，检测效率和检测结果的精度也会很难的到保证。所以，我们需要采用机器视觉技术，用机器视觉代替人眼来完成检测工作。机器视觉系统可在比较复杂的环境之中长时间进行工作，提高了生产质量以及检测效率^[4]。

1.2 国内外机器视觉研究的发展现状

在国际方面，机器视觉技术在各个方面都已经较为成熟。并且，在机械工业和制造业方面的应用十分普遍。自从二十世纪八十年代以来，关于机器视觉技术的研究经久不衰。关于这方面的新思路、新方法、新技术不断涌现，使得机器视觉技术影响日益深远。就目前来讲，与机器视觉息息相关的行业不断高速发展。全球机器视觉产业主要分布于北美、欧洲以及日本地区。其中北美占比达到了61%.欧洲占比为14%，日本为9%^[6]。另外，受到国际上的影响，国内机器视觉市场的发展迅猛^[12]。中国在这方面的占有比例已经达到了世界第四，超过了欧洲的现今国家。机器视觉的应用十分广泛，无论是运用在工业领域的检测技术、图像处理处理,医学领域的图像分析，还是遥感图像技术、毫微米技术以及多媒体数据库技术,机器视觉都有着十分关键的作用^[15]。可以这么说,只要人类视觉可以运用的场合，机器视觉也可以运用；人类视觉难以应用的场合，也可以使用机器视觉，而且会更有优势，比如说准确测量、探测危险环境、人眼不可见物体的探测。