基于圖像處理的型坯直徑非接觸測量方法研究設計

1 引言
擠出吹塑成型是一種生產塑料容器的加工過程，型坯的成型是擠出吹塑中一個相當重要的階段。型坯成型對吹塑制品的性能與成本均有很大影響，若能在這個階段在線檢測出型坯吹脹前的尺寸，則可用最少的原料消耗獲得所要求的制品性能。目前，國內外較先進的型坯壁厚的控制也只是根據型坯在長度方向上的位置查表得出厚度設定值，然后用PLC等設備進行(開環)程序控制，并不能形成閉環控制，而且要經過不斷地嘗試才能獲得滿意的設定值。為了實現型坯壁厚的閉環控制，就必須對型坯的直徑分布和壁厚分布進行在線測量，這是目前尚未很好解決的問題。本文針對型坯直徑分布的在線檢測問題，通過攝像機直接拍攝型坯輪廓圖像，運用數字圖像處理技術對采集到的圖像進行處理和分析，實時提取目標的幾何特征，即型坯的直徑分布，實現型坯直徑的實時在線檢測。這將為實現擠出吹塑成型加工過程質量的實時閉環控制提供條件。
2 測量機構的設計與安裝
擠出吹塑成型中擠出機使原料熔融，并從機頭擠出型坯，圖1是現場拍攝的機頭及擠出型坯圖像。由于型坯溫度高達200℃左右，且型坯是熔融狀態，采用接觸式測量是幾乎不可能的。然而，擠出型坯是半透明管狀的并且外輪廓清晰可辨。因此，本文提出基于圖像處理技術的非接觸測量方法。
選擇合適的照明方案是數字圖像處理的關鍵步驟。如果光源配置恰到好處，攝像機就能夠拍攝到對比度高、背景與目標物體容易區分的圖像，這對下一步的圖像處理將起到事半功倍的作用。從圖1可以看出，型坯背后是擠出機并且擠出型坯是半透明管狀，這決定了不適合采用背部光源照明，因為型坯的透光性使獲得的圖像對比度不高，不利于圖像的處理。需要說明的是，為了更容易區分目標物體與背景，實驗中使用黑色材料做為背景。

本文采用正面散射光照明方式。散射光照射物體正面，光線比較柔和，沒有方向性，對型坯表面能減少強光，光源的安裝易于實現；但是部分邊緣可能產生模糊。光源和攝像機的安裝位置如圖2所示，攝像機安裝于左右光源的中間，能夠拍攝到的型坯長度大約為250ram。
相應硬件設備的選擇設計如下：
1)光源：采用日光燈做為光源，得到的效果較為滿意。如果要獲得更好的效果，可采用LED平面光源，但是將加大運行成本。
2)光學鏡頭：采用6倍變焦鏡頭。其技術指標為：視角是31．3～5．5。、焦距是8．5～51mm、光圈是F1．2～16C。
3)CCD攝像機：采用臺灣Mintron的MS-2821C黑白工業攝像機。分辨率是795(H)×596(v)，CCD尺寸為l/2英寸，最小照度為0．02Lux/ F1．2。在型坯輪廓圖像的處理中，拍攝的型坯長度約為250mm，最長直徑約為45mm。由于CCD攝像機的水平像素為795，可得250mm/795≈0．31447mm/像素，所以長度為45mm的直徑大約用143個像素來表示。假如有一個像素的測量誤差，直徑的誤差將為1/143≈0．7％。可見，圖像分辨率是制約檢測精度的關鍵因素，選擇高分辨率的圖像采集設備則是提高測量精度的有效途徑。