汽车音响面板VFD字符检测研究

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3.0 赵德峰 2024-11-19 4 4 5.34MB 68 页 15积分

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摘要

随着汽车工业的不断发展，汽车电子类产品的种类越来越多，功能和技术也

不断加强，对产品检测设备提出了越来越高的要求。

本文结合现代工业自动化生产的特点和产品质量检测技术的发展趋势，提出

将机器视觉检测技术和数字图像处理技术引入到汽车音响面板的 VFD 字符缺陷

检测中。机器视觉系统具有快速获取大量信息，且易于同设计信息及加工控制信

息集成的优势，可以使产品的检测模式发生根本性变革，检测精度和效率实现质

的飞跃。

首先，本文设计了针对汽车音响面板 VFD 字符检测的机器视觉检测平台，获

取测试对象图像；其次，对 VFD 字符的显示控制方式及显示模式进行分析和研究，

设计合理的显示模式，达到了简化数据处理、提高检测效率的目的；然后，运用

数字滤波等技术对图像进行预处理，改善图像的质量；同时，进一步对图像进行

有关分割和模板匹配算法的分析及实验研究，综合和优化了适合 VFD 字符检测的

算法，不仅可靠，而且快速稳定；最后，运用多线程及模块化的技术设计系统软

件，实现 VFD 显示字符缺陷的自动检测。

系统采用 LabVIEW 软件开发平台设计了友好的人机交互界面，能够实现参

数设置、在线故障诊断、历史数据查询等功能。同时，模块化的设计体系使得系

统具有较高的柔性，通过模块的适当调整可以实现对其它汽车音响面板的检测，

大大提高了系统的灵活性。

关键词：机器视觉数字图像处理 VFD 显示字符 LabVIEW

ABSTRACT

With the continuous development of automotive industry, auto-electronic products

are various in kind, and functions and technology continue to be strengthened, which

brings higher requirements on accuracy and rapidity of detecting equipments.

Account into modern industrial automation production features and product

quality trends in the development of detection technology, system proposes to apply

Automated Visual Inspection (AVI) and digital image processing (DSP) in defect

testing of automotive stereo panel. AVI can obtain plentiful information quickly and be

integrated easily with controlling and processing information, which can reform

industrial testing mode and improve system’s accuracy and efficiency.

First of all, found an industrial testing platform by means of AVI to get object’s

image. Secondly, make research and analysis on VFD’s controlling principle and

display mode of GAP_Radio to design appropriate display mode to simplify the data

processing. Thirdly, choose proper arithmetic to filte VFD’s image to improve quality

of image, and do research on image segmentation and pattern matching. Based on test

results, synthesize and optimize arithmetic which is not only suitable for VFD’s

characters and stable. Finally, design systemic software by multi-threaded and modular

technologies, and realize system’s automatic detection of defects of VFD’s characters.

The system’s HMI developed by LabVIEW is friendly, and can set parameters,

diagnose faults, query historical data, and so on. In the same time, system is very

flexible because of modularization design. System can be used to test other products

after making appropriate adjustment to some modules.

Key Word: AVI，DSP，VFD，LabVIEW

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .......................................................... 1

§1.1 概述 ........................................................ 1

§1.2 机器视觉的构成和发展状况 .................................... 2

§1.3 论文选题背景 ................................................ 4

§1.5 课题主要研究内容及关键技术 .................................. 5

第二章系统结构设计 .................................................. 7

§2.1 测试对象分析 ................................................ 7

§2.2 系统硬件构成 ................................................ 8

§2.2.1 工业控制计算机 ....................................... 10

§2.2.2 通讯接口电路 ......................................... 11

§2.2.3 图像采集系统 ......................................... 12

§2.2.4 定位和控制系统 ....................................... 14

§2.2.6 系统硬件抗干扰设计 ................................... 17

第三章 VFD 显示控制和显示模式设计 ................................... 19

§3.1 VFD 结构与原理 ............................................. 19

§3.2 VFD 显示字符缺陷 ........................................... 21

§3.3 VFD 字符检测模式 ........................................... 22

§3.3.1 通讯控制接口 ......................................... 22

§3.3.2 VFD 字符检测方案设计 ................................. 26

第四章 VFD 字符检测算法研究 ......................................... 32

§4.1 概述 ....................................................... 32

§4.2 图像预处理 ................................................. 32

§4.3 阈值分割算法设计 ........................................... 35

§4.4 VFD 字符检测算法设计 ....................................... 38

§4.4.1 模板匹配基本原理 ..................................... 39

§4.4.2 模板匹配算法实现 ..................................... 42

第五章系统软件设计 ................................................. 49

§5.1 软件开发平台 ............................................... 49

§5.2 系统流程设计 ............................................... 50

§5.2.1 系统主界面 ........................................... 50

§5.2.2 系统参数设置 ......................................... 51

第六章系统柔性化方案 ............................................... 58

§6.1 同系列产品的检测 ........................................... 58

§6.2 不同系列产品的检测 ......................................... 59

第七章结论与展望 ................................................... 61

参考文献 ............................................................ 63

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ...................... 65

致谢 ................................................................ 67

第一章绪论

§1.1 概述

在现代工业自动化生产中，涉及到各种各样的检验、生产监视和零件识别应

用，例如汽车零配件批量加工的尺寸检查和自动装配的完整性检查、电子装配线

的元件自动定位、IC 上的字符识别等。通常这种带有高度重复性和智能性的工作

只能由人眼来完成，有些时候，如微小尺寸的精确快速测量、形状匹配、颜色辨

识等，用肉眼根本无法连续稳定地进行，其它物理量传感器也难有用武之地。这

时，人们开始考虑用图像传感器把图像抓取到，送入计算机或专用的图像处理模

块，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、

颜色等的判别。这样，就把计算机的快速性、可重复性，与人眼视觉的高度智能

化和抽象能力相结合，由此产生了机器视觉的概念，并在工业自动化测量方面扮

演起非常重要的角色。

所谓机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过

机器视觉产品（即图像摄取装置）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的

图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号;图像系统

对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的

设备动作。

机器视觉系统的应用，可以提高生产的柔韧性和自动化程度，大批量工业生

产过程中用机器视觉检测方法可以大大提高检测质量和效率，并且可以快速获取

大量信息，能够自动处理，易于实现设计信息与加工控制信息的集成。人们将机

器视觉系统用于工况监视、成品检验和质量控制等领域，在降低成本、保证产品

质量和提高生产率等方面都取得了很大成效。因此机器视觉技术的研究和推广对

促进我国经济发展具有重要的意义，特别是具有自主知识产权的机器视觉应用技

术的研究和推广，以及高性价比的国产化设备的开发都有相当大的经济效益和社

会意义。

机器视觉检测技术是一种刚刚兴起的自动检测技术，可以实现智能化、柔性、

快速和低成本的检测目标。方便、快捷、准确的检测使得机器视觉检测前途光明，

纵观目前机器视觉检测技术的应用，

AVI 技术今后的发展应集中在以下几个方面：

（1）实现实时在线检测。机器视觉系统可以 100%地检测产品，而不是现在

所普遍采用的抽样检测。由于视觉检测执行时间在很大程度上取决于底层图像处

汽车音响面板 VFD 字符检测研究

理（图像平滑、滤波、分割等）的速度，采用快速的图像处理算法、高速 CPU 和

并行处理器是实现高速实时在线视觉检测的有效途径，加快工业生产过程中的检

测节拍。

（2）实现智能化检测。从 CAD 系统中提取零件视觉模型与检测信息（包括

工件位置与方向、图像传感器视角等），选定检测项目、检测点和检测路径，建立

智能检测规划，并控制工业机器人抓取零件并放置到合适的位置进行检测。为在

CAD 系统和检测系统之间进行有效的数据传递，需要建立一种面向视觉系统的尺

寸测量接口规范。由于基于 CMM 的检测规划目前正趋于成熟，这对 AVI 规划的

生成很有借鉴意义。

（3）实现高精度检测。随着芯片制造技术的提高，图像传感器的分辨率及采

集图像速度有了飞速的提高，并且会越来越高。这给机器视觉检测技术在检测精

度和测量空间范围上提供了很大的扩展空间。

§1.2 机器视觉的构成和发展状况

机器视觉检测系统一般由图像采集系统和图像处理系统构成。图像采集系统

由图像传感器、镜头、辅助光源及光源控制装置和图像传感器定位驱动机构组成。

图像传感器是图像采集系统的主体，它将被拍摄的目标转换成图像信号并传送给

专用的图像采集装置；镜头是保证成像的关键部件；辅助光源及光源控制装置负

责为被检测目标对象提供合适的照度，确保成像的图象质量。

图像传感器的选择根据被检测对象缺陷的大小决定：缺陷区域越小，图像传

感器分辨率应越高，这样可以降低后续图像处理的难度，提高自动识别的精确性。

目前工业上一般不采用常规监控用的模拟线扫描式 CCD 图像传感器，而采用高

分辨率数字 CMOS 图像传感器，总像素最高可达到 300 万。

镜头一般情况下采用常规 TV 摄像镜头，特殊情况下需要采用高分辨率光学

镜头，或对常规 TV 摄像镜头进行改造。目前国际上相关的光学系统技术非常成

熟，产品选择余地比较大。

图像采集系统将图像传感器转换并传输过来的图像信号中的像素分布、亮度

和颜色等信息转变成数字化信号，并输入到计算机以备数字处理。图像处理系统

根据图像检测原理利用图像处理技术对获取的数字图像进行各种变换和操作，改

善图像的视觉效果，并对图像中的相关目标进行识别、检测和测量，从而获得图

像特征物的特征参数，如面积、长度、数量、位置等，之后根据确定的算法实现

被测对象的检测，其结果可以是尺寸、角度、偏移量、个数、合格/不合格、有/

无等任何一种。其中，算法是关键，也往往是图像检测技术的创新所在。

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摘要随着汽车工业的不断发展，汽车电子类产品的种类越来越多，功能和技术也不断加强，对产品检测设备提出了越来越高的要求。本文结合现代工业自动化生产的特点和产品质量检测技术的发展趋势，提出将机器视觉检测技术和数字图像处理技术引入到汽车音响面板的VFD字符缺陷检测中。机器视觉系统具有快速获取大量信息，且易于同设计信息及加工控制信息集成的优势，可以使产品的检测模式发生根本性变革，检测精度和效率实现质的飞跃。首先，本文设计了针对汽车音响面板VFD字符检测的机器视觉检测平台，获取测试对象图像；其次，对VFD字符的显示控制方式及显示模式进行分析和研究，设计合理的显示模式，达到了简化数据处理、提高检测效率的目的...

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