CN105136809A - 一种基于串口通信的机针外观质量检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于串口通信的机针外观质量检验方法，该方法包括：1)提供一种基于串口通信的机针外观质量检验***，所述检验***包括AT89C51单片机、机针外观信息提取设备和串口通信设备，所述机针外观信息提取设备用于对每一个机针进行外观信息提取，所述AT89C51单片机与所述机针外观信息提取设备连接，用于基于提取的外观信息确定对应的机针是否为瑕疵机针，所述串口通信设备与所述AT89C51单片机连接，用于将所述AT89C51单片机的确定结果以串口方式发送到远端的机针信息服务器；2)使用所述检验***来进行检验。通过本发明，能够准确地将待检测机针与背景分离，从而提高机针瑕疵的检测准确性。

Description

一种基于串口通信的机针外观质量检验方法

技术领域

本发明涉及质量检测领域，尤其涉及一种基于串口通信的机针外观质量检验方法。

背景技术

机针是缝纫领域常用的缝纫工具，其质量决定了缝纫效果的好坏。机针的检测处理从强度和韧性方面着手，更多的是通过对机针的外观进行可视化检测，判断机针是否出现外观缺陷，以边缘生产厂家淘汰劣质产品，保持出厂机针的质量。

现有技术中，对机针的外观的检测存在以下缺陷：(1)使用非流水线的人工检测，检测效率不高；(2)机针图像分割的阈值缺乏有效的选择手段；(3)缺乏有针对性的图像预处理设备。基于上述缺陷，导致现有的机针外观检测速度慢且可靠性不高。

为此，本发明提出了一种基于串口通信的机针外观质量检验方法，能够搭建流水线的机针外观检测机制，使用适合机针的各种图像处理设备实现机针缺陷的自动检测，并能够进行缺陷机针的自动剔除，从而保持出厂机针质量的稳定性。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于串口通信的机针外观质量检验方法，采用传送带和自动剔除机构实现机针的自动传输和自动剔除，采用专门针对机针外观的自适应递归滤波子设备、边缘增强子设备、灰度化处理子设备、阈值选择子设备、目标分割子设备和特征提取子设备对机针进行图像预处理和缺陷检测，其中采用了自适应机针阈值的选择机制提高机针与背景分离的精度。

根据本发明的一方面，提供了一种基于串口通信的机针外观质量检验方法，该方法包括：1)提供一种基于串口通信的机针外观质量检验***，所述检验***包括AT89C51单片机、机针外观信息提取设备和串口通信设备，所述机针外观信息提取设备用于对每一个机针进行外观信息提取，所述AT89C51单片机与所述机针外观信息提取设备连接，用于基于提取的外观信息确定对应的机针是否为瑕疵机针，所述串口通信设备与所述AT89C51单片机连接，用于将所述AT89C51单片机的确定结果以串口方式发送到远端的机针信息服务器；2)使用所述检验***来进行检验。

更具体地，在所述基于串口通信的机针外观质量检验***中，还包括：传送带，用于逐个传送每一个机针，所述传送带包括传送带主体、弹性垫和多个针槽，所述多个针槽均匀放置在所述传送带主体上，每一个针槽用于放置一个待检验的机针，所述弹性垫用于压紧处于针槽中的机针的针柄部分；两个机械支架，用于支撑所述传送带主体；CMOS彩色相机，设置在所述传送带的前端的正上方，用于对传送带上的每一个机针进行图像采集，以获得对应的机针图像；光电传感器，设置在所述传送带的前端的正上方、所述CMOS彩色相机的前方，与所述CMOS彩色相机连接，用于检测传送带上的每一个机针的到来以产生触发信号触发所述CMOS彩色相机采集机针图像；电磁阀，设置在所述传送带的后端的正上方、所述CMOS彩色相机的后方，用于接收所述AT89C51单片机发送的剔除信号以对瑕疵机针进行剔除处理；同步控制机构，与所述CMOS彩色相机和所述电磁阀分别连接，用于对所述CMOS彩色相机的触发信号和电磁阀的剔除信号进行同步；存储设备，用于预先存储机针灰度阈值范围，所述机针灰度阈值范围中的所有瑕疵灰度阈值都取值在0-255之间，所述存储设备还用于预先存储预设像素数量阈值；供电设备，包括太阳能供电器件、市电接口、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述市电接口分别连接，根据市电接口处的市电电压大小决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；所述机针外观信息提取设备与所述CMOS彩色相机和所述存储设备分别连接，用于接收所述机针图像；所述机针外观信息提取设备包括自适应递归滤波子设备、边缘增强子设备、灰度化处理子设备、阈值选择子设备、目标分割子设备和特征提取子设备；所述自适应递归滤波子设备与所述黑白相机连接，用于对所述机针图像执行自适应递归滤波处理，以获得滤波图像；所述边缘增强子设备与所述自适应递归滤波子设备连接，用于对滤波图像执行边缘增强处理，以获得增强图像；所述灰度化处理子设备与所述边缘增强子设备连接，用于对所述增强图像执行灰度化处理，以获得灰度化图像；所述阈值选择子设备与所述存储设备和所述灰度化处理子设备分别连接，用于依次从所述机针灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为第一面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为第一平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为第二面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为第二平均灰度值，将第一平均灰度值减去第二平均灰度值，获得的差的平方乘以第一面积比和第二面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值；所述目标分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和目标图像；所述特征提取子设备与所述目标分割子设备连接，基于所述目标图像提取其中的瑕疵子图像；所述AT89C51单片机与所述存储设备和所述机针外观信息提取设备分别连接，以接收所述瑕疵子图像和所述预设像素数量阈值，计算所述瑕疵子图像中像素值非零的像素的数量，当非零的像素的数量大于等于所述预设像素数量阈值时，发出存在瑕疵信号并向所述电磁阀发送剔除信号，否则，发出不存在瑕疵信号；其中，所述自适应递归滤波子设备、所述边缘增强子设备、所述灰度化处理子设备、所述阈值选择子设备、所述目标分割子设备和所述特征提取子设备分别采用不同的FPGA芯片来实现；所述串口通信设备与所述AT89C51单片机连接，用于将所述存在瑕疵信号或所述不存在瑕疵信号以串口方式发送到远端的机针信息服务器。

更具体地，在所述基于串口通信的机针外观质量检验***中，所述检验***还包括：当地显示设备，与所述AT89C51单片机连接，用于接收并显示所述瑕疵子图像，还用于接收并显示所述存在瑕疵信号或所述不存在瑕疵信号。

更具体地，在所述基于串口通信的机针外观质量检验***中：所述当地显示设备为液晶显示屏。

更具体地，在所述基于串口通信的机针外观质量检验***中，所述检验***还包括：机针推送入口，用于将各个机针依次推送到所述传送带主体上的对应针槽内。

更具体地，在所述基于串口通信的机针外观质量检验***中：机针推送入口设置在所述传送带的正前方。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的基于串口通信的机针外观质量检验***的结构方框图。

附图标记：1机针外观信息提取设备；2串口通信设备；3AT89C51单片机

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于串口通信的机针外观质量检验***的实施方案进行详细说明。

现有技术中的机针外观检测主要偏于人工检测，即时存在一些基于图像处理的机针外观检测方案，也因为机针分割阈值难以选定、缺少有效的图像预处理手段而导致机针外观检测的可靠性不高，从而，间接影响缝纫的质量。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于串口通信的机针外观质量检验***，针对机针的外观特性，选择了自适应的阈值分割机制，使用流水线检测手段和各种有效的图像处理设备，提高机针外观检测的速度和精度。

图1为根据本发明实施方案示出的基于串口通信的机针外观质量检验***的结构方框图，所述检验***包括AT89C51单片机、机针外观信息提取设备和串口通信设备，所述机针外观信息提取设备用于对每一个机针进行外观信息提取，所述AT89C51单片机与所述机针外观信息提取设备连接，用于基于提取的外观信息确定对应的机针是否为瑕疵机针，所述串口通信设备与所述AT89C51单片机连接，用于将所述AT89C51单片机的确定结果以串口方式发送到远端的机针信息服务器。

接着，继续对本发明的基于串口通信的机针外观质量检验***的具体结构进行进一步的说明。

所述检验***还包括：传送带，用于逐个传送每一个机针，所述传送带包括传送带主体、弹性垫和多个针槽，所述多个针槽均匀放置在所述传送带主体上，每一个针槽用于放置一个待检验的机针，所述弹性垫用于压紧处于针槽中的机针的针柄部分。

所述检验***还包括：两个机械支架，用于支撑所述传送带主体。

所述检验***还包括：CMOS彩色相机，设置在所述传送带的前端的正上方，用于对传送带上的每一个机针进行图像采集，以获得对应的机针图像。

所述检验***还包括：光电传感器，设置在所述传送带的前端的正上方、所述CMOS彩色相机的前方，与所述CMOS彩色相机连接，用于检测传送带上的每一个机针的到来以产生触发信号触发所述CMOS彩色相机采集机针图像。

所述检验***还包括：电磁阀，设置在所述传送带的后端的正上方、所述CMOS彩色相机的后方，用于接收所述AT89C51单片机发送的剔除信号以对瑕疵机针进行剔除处理。

所述检验***还包括：同步控制机构，与所述CMOS彩色相机和所述电磁阀分别连接，用于对所述CMOS彩色相机的触发信号和电磁阀的剔除信号进行同步。

所述检验***还包括：存储设备，用于预先存储机针灰度阈值范围，所述机针灰度阈值范围中的所有瑕疵灰度阈值都取值在0-255之间，所述存储设备还用于预先存储预设像素数量阈值。

所述检验***还包括：供电设备，包括太阳能供电器件、市电接口、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述市电接口分别连接，根据市电接口处的市电电压大小决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压。

所述机针外观信息提取设备与所述CMOS彩色相机和所述存储设备分别连接，用于接收所述机针图像。所述机针外观信息提取设备包括自适应递归滤波子设备、边缘增强子设备、灰度化处理子设备、阈值选择子设备、目标分割子设备和特征提取子设备。

所述自适应递归滤波子设备与所述黑白相机连接，用于对所述机针图像执行自适应递归滤波处理，以获得滤波图像；所述边缘增强子设备与所述自适应递归滤波子设备连接，用于对滤波图像执行边缘增强处理，以获得增强图像；所述灰度化处理子设备与所述边缘增强子设备连接，用于对所述增强图像执行灰度化处理，以获得灰度化图像。

所述阈值选择子设备与所述存储设备和所述灰度化处理子设备分别连接，用于依次从所述机针灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为第一面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为第一平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为第二面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为第二平均灰度值，将第一平均灰度值减去第二平均灰度值，获得的差的平方乘以第一面积比和第二面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值。

所述目标分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和目标图像；所述特征提取子设备与所述目标分割子设备连接，基于所述目标图像提取其中的瑕疵子图像。

所述AT89C51单片机与所述存储设备和所述机针外观信息提取设备分别连接，以接收所述瑕疵子图像和所述预设像素数量阈值，计算所述瑕疵子图像中像素值非零的像素的数量，当非零的像素的数量大于等于所述预设像素数量阈值时，发出存在瑕疵信号并向所述电磁阀发送剔除信号，否则，发出不存在瑕疵信号。

其中，所述自适应递归滤波子设备、所述边缘增强子设备、所述灰度化处理子设备、所述阈值选择子设备、所述目标分割子设备和所述特征提取子设备分别采用不同的FPGA芯片来实现；所述串口通信设备与所述AT89C51单片机连接，用于将所述存在瑕疵信号或所述不存在瑕疵信号以串口方式发送到远端的机针信息服务器。

可选地，在所述检验***中：所述检验***还包括：当地显示设备，与所述AT89C51单片机连接，用于接收并显示所述瑕疵子图像，还用于接收并显示所述存在瑕疵信号或所述不存在瑕疵信号；所述当地显示设备为液晶显示屏；所述检验***还包括：机针推送入口，用于将各个机针依次推送到所述传送带主体上的对应针槽内；以及，可以将机针推送入口设置在所述传送带的正前方。

另外，FPGA(Field－ProgrammableGateArray)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。***设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件)。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别。

早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的***结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。

采用本发明的基于串口通信的机针外观质量检验***，针对现有技术中机针外观检测困难的技术问题，采用自适应图像分割阈值模式将机针完整地从检测背景处分离，并搭建了流水线的检测机构和自动剔除机构，从而在提高机针外观检测效率的同时，保障了机针外观检测的准确性。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种基于串口通信的机针外观质量检验方法，该方法包括：

1)提供一种基于串口通信的机针外观质量检验***，所述检验***包括AT89C51单片机、机针外观信息提取设备和串口通信设备，所述机针外观信息提取设备用于对每一个机针进行外观信息提取，所述AT89C51单片机与所述机针外观信息提取设备连接，用于基于提取的外观信息确定对应的机针是否为瑕疵机针，所述串口通信设备与所述AT89C51单片机连接，用于将所述AT89C51单片机的确定结果以串口方式发送到远端的机针信息服务器；

2)使用所述检验***来进行检验。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检验***还包括：

传送带，用于逐个传送每一个机针，所述传送带包括传送带主体、弹性垫和多个针槽，所述多个针槽均匀放置在所述传送带主体上，每一个针槽用于放置一个待检验的机针，所述弹性垫用于压紧处于针槽中的机针的针柄部分；

两个机械支架，用于支撑所述传送带主体；

CMOS彩色相机，设置在所述传送带的前端的正上方，用于对传送带上的每一个机针进行图像采集，以获得对应的机针图像；

光电传感器，设置在所述传送带的前端的正上方、所述CMOS彩色相机的前方，与所述CMOS彩色相机连接，用于检测传送带上的每一个机针的到来以产生触发信号触发所述CMOS彩色相机采集机针图像；

电磁阀，设置在所述传送带的后端的正上方、所述CMOS彩色相机的后方，用于接收所述AT89C51单片机发送的剔除信号以对瑕疵机针进行剔除处理；

同步控制机构，与所述CMOS彩色相机和所述电磁阀分别连接，用于对所述CMOS彩色相机的触发信号和电磁阀的剔除信号进行同步；

存储设备，用于预先存储机针灰度阈值范围，所述机针灰度阈值范围中的所有瑕疵灰度阈值都取值在0-255之间，所述存储设备还用于预先存储预设像素数量阈值；

供电设备，包括太阳能供电器件、市电接口、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述市电接口分别连接，根据市电接口处的市电电压大小决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；

所述机针外观信息提取设备与所述CMOS彩色相机和所述存储设备分别连接，用于接收所述机针图像；所述机针外观信息提取设备包括自适应递归滤波子设备、边缘增强子设备、灰度化处理子设备、阈值选择子设备、目标分割子设备和特征提取子设备；所述自适应递归滤波子设备与所述黑白相机连接，用于对所述机针图像执行自适应递归滤波处理，以获得滤波图像；所述边缘增强子设备与所述自适应递归滤波子设备连接，用于对滤波图像执行边缘增强处理，以获得增强图像；所述灰度化处理子设备与所述边缘增强子设备连接，用于对所述增强图像执行灰度化处理，以获得灰度化图像；所述阈值选择子设备与所述存储设备和所述灰度化处理子设备分别连接，用于依次从所述机针灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为第一面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为第一平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为第二面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为第二平均灰度值，将第一平均灰度值减去第二平均灰度值，获得的差的平方乘以第一面积比和第二面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值；所述目标分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和目标图像；所述特征提取子设备与所述目标分割子设备连接，基于所述目标图像提取其中的瑕疵子图像；

所述AT89C51单片机与所述存储设备和所述机针外观信息提取设备分别连接，以接收所述瑕疵子图像和所述预设像素数量阈值，计算所述瑕疵子图像中像素值非零的像素的数量，当非零的像素的数量大于等于所述预设像素数量阈值时，发出存在瑕疵信号并向所述电磁阀发送剔除信号，否则，发出不存在瑕疵信号；

其中，所述自适应递归滤波子设备、所述边缘增强子设备、所述灰度化处理子设备、所述阈值选择子设备、所述目标分割子设备和所述特征提取子设备分别采用不同的FPGA芯片来实现；

其中，所述串口通信设备与所述AT89C51单片机连接，用于将所述存在瑕疵信号或所述不存在瑕疵信号以串口方式发送到远端的机针信息服务器。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检验***还包括：当地显示设备，与所述AT89C51单片机连接，用于接收并显示所述瑕疵子图像，还用于接收并显示所述存在瑕疵信号或所述不存在瑕疵信号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述当地显示设备为液晶显示屏。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检验***还包括：机针推送入口，用于将各个机针依次推送到所述传送带主体上的对应针槽内。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：机针推送入口设置在所述传送带的正前方。