系统架构

（一）硬件选型

• 工业相机：选用 500 万像素 CMOS 相机（分辨率 1920×1200），帧率≥50fps，通过 GigE 接口实现图像实时传输。选型遵循检测精度 3 倍原则，平衡成本与检测效果，避免流水线运动导致的图像模糊。

• 工业镜头：配置 50mm 焦距镜头，工作距离 250mm（避免干扰流水线运行），镜头分辨率与靶面尺寸不低于相机对应参数。依据公式 “焦距 =（CCD 尺寸 × 工作距离）/ 视场（FOV）” 计算选型，预留 10% 视场冗余，确保检测全覆盖，且采用无畸变设计保障缺陷边缘细节清晰。

• 光源及控制器：采用环形光源，倾斜 15° 安装，可均匀照亮有机玻璃表面，弱化反光干扰，增强缺陷与背景对比度；亮度支持 0-100% 可调，控制器与 LabVIEW 联动实现自适应调节，保证不同批次材料成像稳定性。

• 辅助硬件：搭配 GigE 接口图像采集卡，实现高速数据传输与无延迟缓存；选用支持 Modbus 协议的 PLC 与 I/O 模块，与 LabVIEW 无缝联动，为缺陷品自动剔除提供硬件支撑。

（二）图像处理

1. 图像预处理

• 灰度化：调用 “Color Plane Extraction” 函数提取彩色图像红色通道，一键转换为 8 位灰度图，减少 75% 运算负荷，提升处理效率。

• 形态学处理：通过 3×3 像素结构元素的腐蚀运算去除表面灰尘噪声，再以 5×5 像素结构元素的膨胀运算修复缺陷区域断裂轮廓，细化缺陷特征。

• 降噪处理：采用标准差 σ=1.2 的高斯滤波，在平滑图像的同时保留缺陷细节，避免过度模糊影响检测精度。

1. 缺陷检测与判定

• 模板匹配：提取 3 个不同角度的检测区域模板，设置最小匹配分数 0.8 过滤无效匹配，搜索区域设为视场范围 1.2 倍，提高定位容错率，适配有机玻璃轻微摆放偏移。

• 阈值分割：采用 0.4 手动阈值（可根据实际成像亮度调整），将灰度图转换为二值图，精准提取气泡、杂质等亮暗缺陷区域。

• 参数判定：通过轮廓分析与颗粒分析技术，设定划痕长度≥0.1mm、气泡直径≥0.05mm、杂质面积≥0.0025mm² 为缺陷判定标准，实现多类型缺陷量化检测。

• 三维检测：针对内部深层缺陷，采用双目立体视觉算法，两台相机基线距离 50mm，通过 15×15 像素视差计算窗口获取深度信息，生成三维点云图，深度测量误差≤0.03mm，解决二维图像难以识别的内部缺陷问题。

1. 结果输出

• 数据传输：检测结果传输延迟≤100ms，支持与 MES 系统实时对接，同步缺陷类型、位置等核心数据。

• PLC 联动：合格信号输出 24V 高电平，缺陷信号输出 0V 低电平，触发剔除动作的响应时间≤500ms，实现 “检测 - 判断 - 处理” 全流程自动化。

• 报表生成：自动统计每日缺陷总数、类型占比、合格率等数据，每小时更新一次质量分析报表，为生产工艺优化提供数据支撑。

（三）系统调试

1. 常见问题调试方案

• 反光干扰：将光源亮度提高 20%，调整阈值至 0.35，增强缺陷与背景对比度，弱化反光影响。

• 定位偏差：扩大搜索区域至视场 1.5 倍，增加模板数量至 5 个，降低最小匹配分数至 0.75，提升定位准确性。

• 漏检缺陷：缩小腐蚀结构元素至 2×2 像素，降低缺陷判定阈值（如划痕长度≥0.08mm），提高细微缺陷检出率。

1. 性能优化参数

• 运算速度：关闭彩色图像缓存，采用灰度图直接传输，减少 75% 数据量；设置图像采集为外部触发模式，与流水线运行同步，避免无效采集。

• 稳定性保障：将光源亮度波动范围控制在≤5%，固定相机曝光时间为 100μs，避免成像亮度波动影响检测一致性。