CCD检测技术在键盘外观检测中的应用

来源:用户上传      作者: 林晨

　　摘要：CCD检测系统是一种新型的利用影像检测的工具，广泛应用于工业自动化中，可实现产品生产中数量、脏污、尺寸和定位等不易控制因素的可控检测，具有检测精度高、处理速度快，抗干扰能力强、运行稳定等优点。主要介绍了CCD检测技术在键盘外观检测中的应用。
　　关键词：CCD 脏污与尺寸检测
　　中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0090-02
　　
　　在键盘生产制造中，需要对键帽进行组装及印刷，显示出我们熟悉的A-Z字母以及一些数字，但是在组装、印刷中，很容易出现组装尺寸出错、印刷脏污等现象，我们都会对键盘进行检测，以保证产品的合格率和生产、生活的安全性。传统的检测方法就是我们最基本的人工检测，人工检测全凭实际工作经验，但是键帽数量之多、印刷之多样化，不但增加了工人的劳动强度，而且精度、效率也会随之减低。所以，随着科技的发展，有了一种CCD技术，可以较完美的完成检测。CCD是一种以电荷为信号载体的微型图像传感器，具有光电转换和信号电荷存储、转移及读出的功能，其输出信号通常是符合电视标准的视频信号，可存储于适当的介质或输入计算机，以便于进行图像存储、增强、识别等处理。相比人工检测，CCD检测技术与图像处理技术相结合，具有检测精度高、处理速度快、抗干扰能力强、运行稳定等优点，其测量精度与效率都不受外界影响的干扰，越来越多的运用于工业自动化中。
　　1、应用领域
　　CCD技术在工业自动化中的应用大致可分为四种：(1)物品缺失或数量的检测；(2)脏污检测；(3)尺寸检测；(4)定位检测。以上四种应用在键盘外观检测中基本全部需要运用。
　　2、键盘外观检测系统组成
　　检测系统一般由光学成像系统、CCD、计算机处理部分等组成。光学成像系统由光源和成像系统组成。CCD由由多个透镜、可变（亮度）光圈和对焦环组成。由操作员观察显示屏幕来调整可变光圈和焦点，以确保影像明亮清晰。焦距是CCD规格之一，一般适合工厂自动化的透镜焦距为8mm/16mm/25mm/50mm。透过目标物所需检测区域及透镜的焦距，可确定工作距离。工作距离和检测区域大小由焦距和CCD大小来决定。
　　3、检测系统照明选择
　　CCD影像处理大致由三个步骤组成:
　　(1)确定照明类型。LED照明大致可分为下列三种类型：镜面反射型、漫反射型、透射光型。
　　(2)确定照明装置的形状与大小,检测目标的尺寸与安装条件。
　　(3)确定照明色彩（波长）。检测目标与背景的材质和色彩。依据目标与背景来决定照明的色彩，使用彩色CAMERA时，通常选择白色LED。使用灰阶CANERA时，则需要多种颜色LED的对比做选择。
　　以上，针对键盘的特性，检测系统照明选择白色LED。
　　4、CCD的选择
　　当目标有光泽且有翘曲表面时，灰阶CAMERA无法像人的肉眼那样处理影像。使用彩色CAMERA时，则效果较佳。
　　检测系统中使用的彩色CAMERA通常是包含单个CCD的单晶片CAMERA，由于提取彩色影像需要关于三原色（红、绿、蓝，即R、G和B）的资讯，因此CCD的每个像素都装有红、绿或蓝色滤镜。每个像素依256阶R、G或B将强度咨询传输给控制器。
　　5、利用CCD技术检测键盘外观的脏污与尺寸
　　5.1 键盘脏污的检测
　　5.1.1 脏污检测的原理
　　检测系统透过CCD影像感测器将亮度资料的变化检测为脏污或边缘。但是，逐个处理像素需要花费大量的时间，且杂讯会对检测结果产生影像。因此，检测系统透过比较由数个像素组成的小区段的平均亮度来检测脏污。
　　(1)脏污检测工具测量指定区域的平均亮度，每次移动1/4段长。
　　(2)可判断四个区段中最大和最小亮度之间的差值，包括一个您设定的亮度标准单位。该差值被视为标准区段的脏污等级。
　　(3)当脏污等级超过预设值时，标准区段被视为脏污。被测区域中超过预设值的次数被称为脏污区域。该过程反复进行，从而不断改变标准区段在被测区域中的位置。
　　5.1.2 键盘脏污检测的效果
　　字母A的脏污可准确的检测
　　5.2 键盘尺寸检测
　　5.2.1 尺寸量测的原理
　　使用边缘侦测执行尺寸检验已经成为影像感测器应用中的最新趋势。边缘工具为侦测产品位置、宽度与角度提供了一种简单而稳定的方法。
　　边缘是指在影像中分隔明、暗区域的边界。要侦测边缘，就必须处理这种不同阴影之间的边界。边缘可以透过下列四个处理步骤获得：
　　(1)执行投影处理。投影处理垂直扫描影像获得每条投影线的平均强度。每条线的平均强度波形称为投影波形。
　　(2)执行差异处理。差异处理可以消除因量测区域中绝对强度值变化而造成的影响。如果阴影中没有变化，则绝对强度值是0；如果色彩从白色225变为黑色0，则变化量是-255。
　　(3)最大偏差值必需始终是100%。为保持实际生产情形中边缘的稳定性，会执行内部补正，以使最大偏差值始终保持在100%。
　　然后从差异波中超过预设边缘敏感度的顶点确定边缘位置。这种边缘规范化方法可以确保始终能够侦测到边缘的顶点，从而稳定了易受照明频繁变化影响的影像检测。
　　(4)执行次像素处理。针对最高差异波形的三个临近像素执行插值计算。测量边缘位置，精确到1/100像素。
　　5.2.2 键盘尺寸检测的效果
　　利用边缘工具可对键盘的键冒尺寸进行管控：
　　系统检测图：
　　
　　键盘键帽尺寸的错误可准确的检测
　　
　　6、结语
　　应用CCD技术和影像检测技术相结合的方法对键盘生产中脏污、错料等异常进行实时检测，可以满足工业自动化生产对速度、精度以及生产稳定性的要求。该技术在键盘等生产领域实时检测、实时监控方面有十分广阔的应用前景。
　　参考文献
　　[1]王庆有,孙学珠.CCD应用技术[M].天津:天津大学出版社,1993.
　　[2]章炜.机器视觉技术发展及其工业应用[J].红外技术,2005(2):13-19.

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