Введение к работе
Актуальность темы. Одной из наиболее важных в спектре задач автоматизации промышленного производства является задача автоматизации выходного контроля продукции. Это вызвано как высокой удолыюй трудоемкостью, так и высокой сложностью задачи. Во многих случаях полностью автоматизированный производственный цикл заканчивается участком ручного контроля. Среди всех видов контроля выделим визуальный, как наиболее информативный.
Бурное развитие микроэлектроники в последние годы создало предпосылки для построения автоматических систем визуального контроля. Возникающие при этом алгоритмические задачи имеют свою специфику, позволяющую их выделить из круга остальных задач зрительного анализа. Прежде всего, это хорошо организованная среда, детерминированность наблюдаемой сцены. Затем, наличие большого объема априорной информации о наблюдаемом объекте. Всегда известен его вид в нормальной (бездефектном) случае и очень часто - при наличии того или иного дефекта. Эти особенности позволяют упростить используемые алгоритмы и снизить метрологические требования к зрительной системе, так как вместо определения абсолютных характеристик задача сводится к обнаружению (или измерению) отклонения от заданного в той или иной форме эталонного представления. Появляется возможность обеспечить низкую стоимость к высокую производительность контролирующей системы. Стоимость и производительность вместе с надежностью составляют важнейшие требования к промышленной системе. При разработке таких систем приходится учитывать ограничения, накладываемые существующей аппаратурой. Это составляет третью из особенностей задач автоматизации зрительного контроля, делающих актуальным исследование проблем, возникающих в ходе разработки таких систем.
Вследствие предъявляемых к автоматическим системам визуального контроля (АСВК) требований работы в условиях реального времени и дешевизны АСВК строятся обычно на базе чисто бинарных систем. Применение таких систем требует создания равномерного и стабильного освещения, что делает затруднительным их применение, даже в тех случаях, когда сам объект контроля имеет бинарный характер (например, контроль формы плоских контрастных объектов).
Перспективным поэтому является использование полутонового изображения, как промежуточного этапа для перехода к бинарному на основе цифровых методов.
Другим классом задач, где применение полутонового изобраге-ния позволяет существенно улучшить (за счет повішення разрешающей способности) характеристики АСВК, является контроль разкероз. Существующие методы не визуального контроля (например, контактный) требуют изготовления специальной оснастки и остановки цикла обработки для введения измерительного инструмента в рабочую зону. Применение визуальных систем способно повысить гибкость и оперативность контроля. Актуальным при это»! является достижение максимально возможной точности. Точность систем, основанных на анализе бинарных изобрагений, ограничена шагом дискретизации.
Цель работы. Проведение исследования, разработка и создание алгоритмического и программного обеспечения (ПО) автоматических систем визуального контроля реального времени для задач автоматизации выходного контроля индикаторов на жидких кристаллах и размерного контроля в ГШІ фрезерной обработки.
Работа была выполнена в рамках проводимых в ИПМ им. U. В.Келдыша АН СССР исследований применения средств технического зрения в робототехнике.
К 1988 году в нашей стране сложились необходимый условия для построения первых промышленных полутоновых АСВК. К ним можно отнести: массовый выпуск 16-разрядных микро ЭВМ типа "Электроника-60"; начало мелкосерийного производства первой отечественной системы ввода полутонового изображения в ЭВМ -датчика 0Т-10МТ; накопление опыта применения чисто бинарных систем.
Первым этапом работы было создание средств поддержки разработки ПО - Дисковой Инструментальной Системы и реализация алгоритмов инспекционного видения в виде библиотеки прикладных программ "INSPEC".
В конце 1987 на основе имеющегося задела было создано ПО АСВК функционирования ИЖК. Разработка и реализация в 1987 году алгоритмов парирования аппаратных сбоев и осуществления ряда контрольных операций на бинарном изображении (с автоматическим выбором локального порога) позволила получить эффективно
работающую систему.
В 1989 году на базе тех же аппаратных средств, методов работы с небольшими фрагментами полутопового изображения, максимального использования априорной информации и алгоритмов определения положения прямолинейного края было создано ПО АСВК линейных размеров в ГПС фрезерной обработки.
Выходной контроль ИЖК кроме проверки правильности функционирования включает в себя контроль внешнего вида. Появление в 1989 году ТВ-камеры на дефлектроне (с повышенным разрешением) сделало возмозным автоматизировать и этот вид контроля. Однако, необходимость просмотра крупноформатного изображения в поисках мелких дефектов делало неприемлемыми временные затраты на универсальной микро ЭВМ. В 1990-91 годах совместно с НПП "МегаПиксел" был создан Спецвидеопроцессор (СВП), реализующий наиболее трудоемкие операции аппаратно. В 1991 году на базе ТВ-камеры на дефлектроне, СВП н оригинального алгоритма бинаризации было создано ПО для автоматического контроля внешнего вида ИЖК. Применение новой аппаратной базы позволило разработать более гибкие и эффективные алгоритмы функционального контроля и автоматизировать обучение.
Изложение алгоритмического и программного решения упомянутых задач зрительного контроля предпослана глава, описывающая структуру данных и программ для рассматриваемого круга задач, а также БПП "INSPEC" и ДИС.
Основными задачами, решаемыми в работе, являлись следующие:
разработка и программная реализация алгоритмов зрительного анализа для названных задач автоматизации;
разработка инструментальных средств для создания ПО АСВК, решающих эти задачи;
в разработка алгоритмоз и программных средств повышения надежности создаваемых АСВК;
разработка дружественного интерфейса с оператором и средств
автоматизации "обучения" системы;
Экспериментальная отработка создаваемых алгоритмов и программ визуального контроля позволила обеспечить необходимую их эффективность, определить рациональный состав и структуру аппаратной части комплекса.
Научная новизна.
1) впервые в нашей стране практически реализован метод
использования полутоновой зрительной информации для контроля
контрастных объектов в условиях неравномерной освещенности с
использованием априорной информации о контролируемых объектах;
реализации выполнены на базе как серийного полутонового датчика
0Т-10МТ, так и специализированного видеопроцессора;.
2) разработаны способы представления эталонной информации о
контролируемых объектах и алгоритмы ее применения к анализу
полутоновых изображений в масштабе реального времени для задач
выделения дефектов внешнего вида на однородной поверхности в
условиях не полностью однородного освещения и контроля расстояния
между прямолинейными краями с точностью превышающей шаг дискрети
зации;
3) предложен язык CL для процессора клеточной логики,
позволяющий лаконично записывать алгоритмы обработки бинарных
изображений и допускающий эффективную реализацию
Практическая ценность.
1) Создано и внедрено программное обеспечение для первой
отечественной полутоновой системы технического зрения, построен
ной на основе серийных аппаратных компонентов (контроль функцио
нирования индикаторов на жидких кристаллах).
-
Алгоритмы инспекционного видения реализованы в виде библиотеки прикладных программ INSPEC в форме удобной для встраивания в прикладные системы.
-
На основе оригинальной организации файловой системы, позволяющей повысить плотность хранения информации, сократить время доступа к данным на внешних, носителях, увеличить сохранность информации, создана инструментальная система ДИС, повышающая эффективность разработки ПО зрительных систем на ЭВМ типа ДВК.
-
Реализован кросс-компилятор языка CL на ДВК для модуля "Клеточный процессор" Спецвидеопроцессора.
-
На основе разработанных способов И алгоритмов создано программное обеспечение для автоматических систем визуального
контроля индикаторов на жидких кристаллах и линейней размеров в ГПС механообработки.
Использование результатов. Алгоритмическое и программное обеспечение для контроля функционирования ИЖК внедрено в п/я Г-4466. Инструментальная система ДИС использована при разработке программного обеспечения систем управления и очувствления роботоз и шагающих аппаратов в ИПМ РАН.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах по робототехнике ИПМ РАН в 1988 - 1992 годах, на Всесоюзной конференции "Разработка систем технического зрения и их применение в промышленности" (Ижевск, 1988), на 6 международной конференции по гибким производственным системам (Югославия, 1989), на 5 Всесоюзном совещании по робото-техническим системам (Геленджик, 1991), на Всесоюзном семинаре "Роботы с элементами искусственного интеллекта" (МТУ, 1991), на конференции IEEE "Робототехника и автоматизация" (Ницца, Франция, 1992).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы (58 наименований). Основной текст диссертации составляют 138 машинописные страниц, 9 рисунков.
