機(jī)器視覺在光纖端面缺陷檢測中的應(yīng)用
摘要:傳統(tǒng)的光纖端面缺陷檢測用的是人工檢測方式,這種檢測方式效率很低,檢測結(jié)果的主觀性很強(qiáng)。對光纖端面缺陷使用機(jī)器視覺檢測,能極大地提高檢測效率和檢測準(zhǔn)確性。首先將采集到的圖像通過圖像處理二值化,接著對纖芯中心進(jìn)行定位,然后以纖芯中心為圓心對光纖端面進(jìn)行不同的圓環(huán)檢測區(qū)域劃分。由于光纖端面上的缺陷有可能是暗色的或者是亮色的,因此為了區(qū)分二者,對每個(gè)區(qū)域檢測時(shí)需要做不同的二值處理。如果有任意一個(gè)區(qū)域的檢測不能通過.則這個(gè)光纖端面就是不符合要求的。結(jié)果顯示,利用機(jī)器視覺進(jìn)行光纖端面檢測能夠快速、精確地檢測出缺陷所在位置及其大小。
關(guān)鍵詞:光纖端面;機(jī)器視覺;缺陷檢測;圖像處理
0 引言
作為信息高速公路的載體,以及光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分,光纖體現(xiàn)了非常優(yōu)越的信息傳輸特性,是構(gòu)成21世紀(jì)信息社會的一個(gè)不可或缺要素。在光纖通信中,光纖的活動(dòng)連接都是通過光纖連接器實(shí)現(xiàn)的,光纖端面的潔凈程度對連接器的性能有決定性的影響。除了在拋光過程中或者在光纖插拔等在線業(yè)務(wù)操作過程中產(chǎn)生的光纖端面永久性損傷(如劃傷、裂痕)外,由于在平時(shí)使用中可能會與不潔凈的手、光纖帽邊緣、法蘭盤金屬邊緣、臟的光纖端面以及空氣中的顆粒接觸,光纖端面還會受到各種各樣的臨時(shí)性污染(如污垢、油漬、水或清洗劑的殘留),從而使得其性能受到影響,這不僅會使連接損耗變大、通信性能下降,嚴(yán)重時(shí)則纖芯被堵不能傳輸光,從而導(dǎo)致纖芯被高功率激光燒壞。為了保證光纖通信的穩(wěn)定與高效,每個(gè)光纖的端面必須保證一定程度上的清潔。
傳統(tǒng)的光纖端面缺陷檢測方法是采用人工檢測的方法,這種方法首先將光纖端面的圖像采集出來,然后用肉眼觀察臟污,再進(jìn)行人工判定。由于這種方法是檢查者肉眼連續(xù)觀察光纖的端面,容易使人感到視覺疲勞,所以效率比較低。而且每個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心不一樣,得到的產(chǎn)品質(zhì)量也會有相當(dāng)大的差異。為了提高產(chǎn)品的可靠性和生產(chǎn)效率,本文提出了一種拋棄人工肉眼檢測而使用機(jī)器視覺進(jìn)行檢測的方法。機(jī)器視覺主要用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能,從客觀事物的圖像中提取信息,進(jìn)行圖像處理并加以理解,然后用于光纖端面的缺陷檢測。與人工檢測相比,機(jī)器視覺檢測方法提高了檢測的準(zhǔn)確性,降低了測試成本,增強(qiáng)了測試能力,使得對生產(chǎn)線上操作人員的培訓(xùn)難度降低,而且能獲得更多的生產(chǎn)線監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。
本文介紹了如何利用機(jī)器視覺進(jìn)行光纖端面的缺陷檢測,并使用美國國家儀器(NI)公司的VBAI視覺自動(dòng)檢測開發(fā)環(huán)境完成了機(jī)器視覺系統(tǒng)的開發(fā)。VBAI(Vision Builder for Automated Inspection)是NI推出的一款視覺檢查軟件,作為自動(dòng)檢測的視覺生成器。此工具是實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行快速視覺效果驗(yàn)證的理想工具,也是很好的生產(chǎn)線簡易測試平臺。結(jié)果顯示,該系統(tǒng)能夠比較精確地檢測出缺陷所在位置及其大小,速度較快,達(dá)到了對光纖端面缺陷檢測的要求。
1 檢測系統(tǒng)
本文所提出的光纖端面缺陷機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)由光纖端面檢測儀以及PC系統(tǒng)組成。檢測的時(shí)候?qū)⒐饫w活動(dòng)連接器插入光纖端面檢測儀的固定測試平臺中,而光纖端面檢測儀通過USB線連接到PC系統(tǒng)上,這樣就能將圖像采集到電腦里。調(diào)整顯微鏡焦距,一旦得到了滿意的圖像,就啟動(dòng)軟件對光纖端面進(jìn)行分析,與軟件預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)進(jìn)行比較,從而定量地確定各區(qū)域信息,判斷該光纖端面合格與否。
該系統(tǒng)的檢測效果與軟件的能力、顯微鏡性能以及操作人員對焦圖像的技能有關(guān),已經(jīng)證明了其在準(zhǔn)確性、可重復(fù)性、再現(xiàn)性以及檢測效率等方面明顯優(yōu)于人工檢測。該方案還可以提供檢測結(jié)果的具體記錄,包括端面圖像和損傷檢測數(shù)據(jù)等,提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。
2 檢測過程
本系統(tǒng)所使用的檢測軟件是基于VBAI視覺自動(dòng)檢測開發(fā)環(huán)境開發(fā)的,具備對光纖端面圖像進(jìn)行處理和分析的能力,其處理流程如圖1所示。
在使用光纖端面檢測儀對光纖端面進(jìn)行圖像采集的時(shí)候,由于光纖端面每次出現(xiàn)在視野范圍中的位置都有所不同,所以首先要對光纖端面纖芯的位置進(jìn)行定位才能對其進(jìn)行一系列的檢測。要定位纖芯的位置,首先需要將采集到的圖像二值化。因?yàn)橥ㄟ^光纖端面檢測儀采集得到的初始圖像為32位的,而在VBAI中對圖像分析處理的函數(shù)模塊基本上都是不支持32位圖的,所以只有把32位圖轉(zhuǎn)化成二值圖像,才能對其進(jìn)行一系列精確的分析。使用VBAI的視覺助手(Vision Assistant)函數(shù)模塊對初始圖像進(jìn)行圖像處理,通過抽取色彩值(Extract HSL)的子函數(shù)即可得到灰度8位圖,然后使用閾值法將圖像二值化。
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