機器視覺檢測系統
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4.機器視覺檢測系統在檢測方面的應用
機器視覺系統在工業在線檢測的各個領域得到廣泛應用。
(1)大型工件平行度、垂直度測量采用激光掃描與CCD探測系統的大型工件平行度、垂直度測量儀，它是以穩定的準直激光束為測量基線，配以回轉軸系，旋轉五角標棱鏡掃出互相平行或垂直的基準平面，并將其與被測大型工件的各面進行比較。在加工或安裝大型工件時，可用該認錯器測量面間平行度及垂直度。
(2)熱軋螺紋鋼幾何參數在線動態檢測系統
該系統以頻閃光作為照明光源，利用面陣和線陣CCD作為螺紋鋼外形輪廓尺寸的探測器件，實現熱軋螺紋鋼幾何參數在線測量的動態檢測。
(3)軸承狀態實時監控
采用視覺技術實時監控軸承的負載和溫度變化，消除過載和過熱的危險。該技術將傳統的通過測量滾珠表面來保證加工質量和安全操作的被動式測量變為主動監控。
(4)基于機器視覺的儀表板總成智能集成測試系統
汽車儀表板總成上安裝有速度里程表、水溫表、汽油表、電流表、信號報警燈等，其生產批量大，出廠前需要進行一次質量終檢。檢測項目包括速度表等五個儀表指針的指示誤差，24個信號報警燈和若干照明燈是否損壞或漏裝等。通常采用人工目測方法檢查，但誤差大、可靠性差，不能滿足自動化生產的需要。機器視覺檢測技術的智能集成測試系統改變了這種現狀，實現了對儀表板總成智能化、全自動、高精度、快速度的質量檢測，克服了人工檢測所造成的各種誤差，大大提高了檢測的效率和可靠性。
(5)金屬板表面自動探傷系統
在對表面質量要求很高的特殊大型金屬板進行檢測時，原始的檢測方法是采用人工目視或用百分表加探針進行檢測，該方法不僅易受主觀因素的影響，而且可能給被測表面帶來新的劃傷。金屬板表面自動探傷系統利用機器視覺檢測技術對金屬表面缺陷進行自動檢查，可在生產過程中高速、準確地進行檢測，同時由于該系統采用非接觸式測量，避免了產生新劃傷的可能。該系統采用激光器作為光源，通過針孔濾波器濾除激光束周圍的雜散光，采用擴束鏡和準直鏡使激光束變為平行光并以45度的入射角均勻照射在被測金屬板表面上。金屬板放在檢驗臺上，檢驗臺可在x、y、z三個方向上移動，攝像機采用TCD142D型2048線陣CCD，鏡頭采用普通照相機鏡頭，CCD接口電路采用單片機系統。PC主機主要完成圖像預處理及缺陷的分類或劃痕的深度運算等，并可將檢測到的缺陷或劃痕圖像在顯示器上顯示。CCD接口電路和PC機之間通過RS.232口進行雙向通訊，構成人機交互式數據采集與處理。該系統主要利用線陣CCD的自掃描特性與被檢鋼板在x方向的移動相結合，提取金屬板表面的三維圖像信息。
(6)汽車車身輪廓尺寸精度檢測系統
英國ROVER汽車公司800系列汽車車身輪廓尺寸精度的100％在線檢測，是機器視覺系統用于l3l工業檢測中的一個典型實例。該系統由62個測量單元組成，每個測量單元包括一臺激光器和一個CCD攝像機，用以檢測車身外殼上288個測量點；汽車車身置于測量框架下，通過軟件校準車身的精確位置。每個激光器、攝像機單元均在離線狀態下經過校準，同時還有一個在離線狀態下用三坐標測量機校準過的校準裝置用以對攝像機進行在線校準；檢測系統以每40秒檢測一個車身的速度，可檢測三種類型的車身；系統將檢測結果與從CAD模型中提取出來的合格尺寸相比較，測量精度為±0.1mm。ROVER公司的質量檢測人員用該系統來判別關鍵部分的尺寸一致性，如車身整體外型、車門、玻璃窗口等。檢測實踐證明，該系統可成功進行800系列汽車車身輪廓尺寸精度的在線檢測，并將用于檢測ROVER公司其它系列的車身輪廓尺寸精度。
(7)奧迪白車身表面質量檢測系統
奧迪公司最近研制成功了一種能夠對白車身表面缺陷進行全自動檢測的系統，取名為“智能控制白車身表面質量檢測系統”。該檢測系統綜合采用了投影光柵直接相位采集、高速數字圖象處理、表面缺陷圖象模式自動識別、智能化質量判斷、自適應系統學習技術、高速數字信息網絡、松散化自調節軟硬件結構以及機器人系統控制技術，可以在傳動速度為5m/min的生產線上，對焊裝完畢的白車身進行100％的在線檢測。整車檢驗時間為1分20秒。通過自動測試與分析，將過去靠肉眼無法分辨的表面缺陷直接標記在車身上，使白車身進入噴漆工序之前即可對缺陷處進行打磨，節省了表面噴涂過程中的打磨工序，既節約了大量制造成本，同時又提高了車身的表面質量。
此外，在許多其它方法難以檢測的場合，利用機器視覺系統可以有效地實現。機器視覺的應用正越來越多地代替人去完成許多工作，這無疑在很大程度上提高了生產自動化水平和檢測系統的智能水平。
5.機器視覺系統與CMM的集成
隨著國際市場競爭的加劇，各國的制造企業越來越清楚地認識到，產品質量的好壞，是決定企業生產和經營成敗的關鍵。隨著市場環境的多樣化，企業對龐大的與質量有關的數據的采集、處理和傳遞提出了更高的要求，更具柔性和自動化的CAQ系統呈現出以下發展趨勢：①在必要的情況下，CAQ系統可以100％地檢測產品，而不像現在普遍采用的抽樣檢測；②將檢測規劃集成到加工過程中，形成閉環反饋控制系統，在檢測時確定產品相對于標準尺寸的偏差，并在線糾正，因此，可獲得近100％的優質產品；③機器視覺和先進的圖像處理技術、逆向工程技術已廣泛地應用于自動化檢測，因此，可完成智能化、柔性、快速和低成本的檢測目標。④適用于不同產品結構的檢測技術可將新的產品技術要求直接從CAD/CAM數據庫傳輸到檢測系統中，不需要操作人員編制特殊的程序。
機器視覺和逆向工程等技術的發展及其與CMM的集成，可以進一步提高CMM的測量效率。對于具有原始CAD模型的測量對象，可以利用機器視覺系統，迅速識別對象物的形狀及其在測量平臺的位置和狀態，完成機器坐標系、工件坐標系、攝像機坐標系三者之間的轉換，幫助CMM實現檢測路徑自動形成與測量結果判斷。機器視覺系統將采集到的信息傳輸到計算機，同時計算機控制視覺系統的操作，另一方面計算機將生成的檢測規劃傳輸到CMM控制器中，由該控制器控制CMM測量，再將測量結果反饋回主控計算機，形成閉環反饋檢測系統。
為了生成檢測規則，利用CAD/CAM數據庫中所存在的信息，將機器視覺得到的圖像數據與CAD數據進行匹配，自動確定工件位置，選定檢測項目、檢測點和檢測路徑；確定測量點的方法是：為盡可能減少測量誤差，事先對測量對象均以等間隔指定測量點；最后生成CMM的測量指令傳輸到CMM控制器上，開始測量。對于不存在原始CAD模型的測量對象，可以采用逆向工程技術，即通過對機器視覺系統所采集到的測量點的三維坐標進行處理，重建該物體的CAD模型。
6.結語
機器視覺檢測系統能夠大幅降低檢驗成本，提高產品質量，加快生產速度和提高生產效率。作為高精度、非接觸的測量方案，視覺系統涉及到光學和圖像處理算法，本身就是高度專業化的產品，在整個測量控制系統中，往往要與運動控制系統配合完成位置和進給控制。另外，生產線上對多工序進行同步連續檢測時，必須使視覺系統具備分布式聯網能力。機器視覺與運動控制、網絡通訊等先進技術的結合正在改變工業自動化生產的面貌。隨著機器視覺技術自身的成熟和發展，可以預計，它將在現代和未來制造企業中得到越來越廣泛的應用。(end)
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