機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)
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4.機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)方面的應(yīng)用
機(jī)器視覺系統(tǒng)在工業(yè)在線檢測(cè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
(1)大型工件平行度、垂直度測(cè)量采用激光掃描與CCD探測(cè)系統(tǒng)的大型工件平行度、垂直度測(cè)量?jī)x，它是以穩(wěn)定的準(zhǔn)直激光束為測(cè)量基線，配以回轉(zhuǎn)軸系，旋轉(zhuǎn)五角標(biāo)棱鏡掃出互相平行或垂直的基準(zhǔn)平面，并將其與被測(cè)大型工件的各面進(jìn)行比較。在加工或安裝大型工件時(shí)，可用該認(rèn)錯(cuò)器測(cè)量面間平行度及垂直度。
(2)熱軋螺紋鋼幾何參數(shù)在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)
該系統(tǒng)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(cè)器件，實(shí)現(xiàn)熱軋螺紋鋼幾何參數(shù)在線測(cè)量的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。
(3)軸承狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控
采用視覺技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控軸承的負(fù)載和溫度變化，消除過(guò)載和過(guò)熱的危險(xiǎn)。該技術(shù)將傳統(tǒng)的通過(guò)測(cè)量滾珠表面來(lái)保證加工質(zhì)量和安全操作的被動(dòng)式測(cè)量變?yōu)橹鲃?dòng)監(jiān)控。
(4)基于機(jī)器視覺的儀表板總成智能集成測(cè)試系統(tǒng)
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(hào)報(bào)警燈等，其生產(chǎn)批量大，出廠前需要進(jìn)行一次質(zhì)量終檢。檢測(cè)項(xiàng)目包括速度表等五個(gè)儀表指針的指示誤差，24個(gè)信號(hào)報(bào)警燈和若干照明燈是否損壞或漏裝等。通常采用人工目測(cè)方法檢查，但誤差大、可靠性差，不能滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)的智能集成測(cè)試系統(tǒng)改變了這種現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)了對(duì)儀表板總成智能化、全自動(dòng)、高精度、快速度的質(zhì)量檢測(cè)，克服了人工檢測(cè)所造成的各種誤差，大大提高了檢測(cè)的效率和可靠性。
(5)金屬板表面自動(dòng)探傷系統(tǒng)
在對(duì)表面質(zhì)量要求很高的特殊大型金屬板進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，原始的檢測(cè)方法是采用人工目視或用百分表加探針進(jìn)行檢測(cè)，該方法不僅易受主觀因素的影響，而且可能給被測(cè)表面帶來(lái)新的劃傷。金屬板表面自動(dòng)探傷系統(tǒng)利用機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)對(duì)金屬表面缺陷進(jìn)行自動(dòng)檢查，可在生產(chǎn)過(guò)程中高速、準(zhǔn)確地進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)由于該系統(tǒng)采用非接觸式測(cè)量，避免了產(chǎn)生新劃傷的可能。該系統(tǒng)采用激光器作為光源，通過(guò)針孔濾波器濾除激光束周圍的雜散光，采用擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡使激光束變?yōu)槠叫泄獠⒁?5度的入射角均勻照射在被測(cè)金屬板表面上。金屬板放在檢驗(yàn)臺(tái)上，檢驗(yàn)臺(tái)可在x、y、z三個(gè)方向上移動(dòng)，攝像機(jī)采用TCD142D型2048線陣CCD，鏡頭采用普通照相機(jī)鏡頭，CCD接口電路采用單片機(jī)系統(tǒng)。PC主機(jī)主要完成圖像預(yù)處理及缺陷的分類或劃痕的深度運(yùn)算等，并可將檢測(cè)到的缺陷或劃痕圖像在顯示器上顯示。CCD接口電路和PC機(jī)之間通過(guò)RS.232口進(jìn)行雙向通訊，構(gòu)成人機(jī)交互式數(shù)據(jù)采集與處理。該系統(tǒng)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(dòng)相結(jié)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(cè)系統(tǒng)
英國(guó)ROVER汽車公司800系列汽車車身輪廓尺寸精度的100％在線檢測(cè)，是機(jī)器視覺系統(tǒng)用于l3l工業(yè)檢測(cè)中的一個(gè)典型實(shí)例。該系統(tǒng)由62個(gè)測(cè)量單元組成，每個(gè)測(cè)量單元包括一臺(tái)激光器和一個(gè)CCD攝像機(jī)，用以檢測(cè)車身外殼上288個(gè)測(cè)量點(diǎn)；汽車車身置于測(cè)量框架下，通過(guò)軟件校準(zhǔn)車身的精確位置。每個(gè)激光器、攝像機(jī)單元均在離線狀態(tài)下經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，同時(shí)還有一個(gè)在離線狀態(tài)下用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)校準(zhǔn)過(guò)的校準(zhǔn)裝置用以對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行在線校準(zhǔn)；檢測(cè)系統(tǒng)以每40秒檢測(cè)一個(gè)車身的速度，可檢測(cè)三種類型的車身；系統(tǒng)將檢測(cè)結(jié)果與從CAD模型中提取出來(lái)的合格尺寸相比較，測(cè)量精度為±0.1mm。ROVER公司的質(zhì)量檢測(cè)人員用該系統(tǒng)來(lái)判別關(guān)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(cè)實(shí)踐證明，該系統(tǒng)可成功進(jìn)行800系列汽車車身輪廓尺寸精度的在線檢測(cè)，并將用于檢測(cè)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(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)
奧迪公司最近研制成功了一種能夠?qū)Π总嚿肀砻嫒毕葸M(jìn)行全自動(dòng)檢測(cè)的系統(tǒng)，取名為“智能控制白車身表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)”。該檢測(cè)系統(tǒng)綜合采用了投影光柵直接相位采集、高速數(shù)字圖象處理、表面缺陷圖象模式自動(dòng)識(shí)別、智能化質(zhì)量判斷、自適應(yīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)技術(shù)、高速數(shù)字信息網(wǎng)絡(luò)、松散化自調(diào)節(jié)軟硬件結(jié)構(gòu)以及機(jī)器人系統(tǒng)控制技術(shù)，可以在傳動(dòng)速度為5m/min的生產(chǎn)線上，對(duì)焊裝完畢的白車身進(jìn)行100％的在線檢測(cè)。整車檢驗(yàn)時(shí)間為1分20秒。通過(guò)自動(dòng)測(cè)試與分析，將過(guò)去靠肉眼無(wú)法分辨的表面缺陷直接標(biāo)記在車身上，使白車身進(jìn)入噴漆工序之前即可對(duì)缺陷處進(jìn)行打磨，節(jié)省了表面噴涂過(guò)程中的打磨工序，既節(jié)約了大量制造成本，同時(shí)又提高了車身的表面質(zhì)量。
此外，在許多其它方法難以檢測(cè)的場(chǎng)合，利用機(jī)器視覺系統(tǒng)可以有效地實(shí)現(xiàn)。機(jī)器視覺的應(yīng)用正越來(lái)越多地代替人去完成許多工作，這無(wú)疑在很大程度上提高了生產(chǎn)自動(dòng)化水平和檢測(cè)系統(tǒng)的智能水平。
5.機(jī)器視覺系統(tǒng)與CMM的集成
隨著國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，各國(guó)的制造企業(yè)越來(lái)越清楚地認(rèn)識(shí)到，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，是決定企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)成敗的關(guān)鍵。隨著市場(chǎng)環(huán)境的多樣化，企業(yè)對(duì)龐大的與質(zhì)量有關(guān)的數(shù)據(jù)的采集、處理和傳遞提出了更高的要求，更具柔性和自動(dòng)化的CAQ系統(tǒng)呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢(shì)：①在必要的情況下，CAQ系統(tǒng)可以100％地檢測(cè)產(chǎn)品，而不像現(xiàn)在普遍采用的抽樣檢測(cè)；②將檢測(cè)規(guī)劃集成到加工過(guò)程中，形成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，在檢測(cè)時(shí)確定產(chǎn)品相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)尺寸的偏差，并在線糾正，因此，可獲得近100％的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品；③機(jī)器視覺和先進(jìn)的圖像處理技術(shù)、逆向工程技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)化檢測(cè)，因此，可完成智能化、柔性、快速和低成本的檢測(cè)目標(biāo)。④適用于不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的檢測(cè)技術(shù)可將新的產(chǎn)品技術(shù)要求直接從CAD/CAM數(shù)據(jù)庫(kù)傳輸?shù)綑z測(cè)系統(tǒng)中，不需要操作人員編制特殊的程序。
機(jī)器視覺和逆向工程等技術(shù)的發(fā)展及其與CMM的集成，可以進(jìn)一步提高CMM的測(cè)量效率。對(duì)于具有原始CAD模型的測(cè)量對(duì)象，可以利用機(jī)器視覺系統(tǒng)，迅速識(shí)別對(duì)象物的形狀及其在測(cè)量平臺(tái)的位置和狀態(tài)，完成機(jī)器坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系、攝像機(jī)坐標(biāo)系三者之間的轉(zhuǎn)換，幫助CMM實(shí)現(xiàn)檢測(cè)路徑自動(dòng)形成與測(cè)量結(jié)果判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)將采集到的信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，同時(shí)計(jì)算機(jī)控制視覺系統(tǒng)的操作，另一方面計(jì)算機(jī)將生成的檢測(cè)規(guī)劃傳輸?shù)紺MM控制器中，由該控制器控制CMM測(cè)量，再將測(cè)量結(jié)果反饋回主控計(jì)算機(jī)，形成閉環(huán)反饋檢測(cè)系統(tǒng)。
為了生成檢測(cè)規(guī)則，利用CAD/CAM數(shù)據(jù)庫(kù)中所存在的信息，將機(jī)器視覺得到的圖像數(shù)據(jù)與CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，自動(dòng)確定工件位置，選定檢測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)點(diǎn)和檢測(cè)路徑；確定測(cè)量點(diǎn)的方法是：為盡可能減少測(cè)量誤差，事先對(duì)測(cè)量對(duì)象均以等間隔指定測(cè)量點(diǎn)；最后生成CMM的測(cè)量指令傳輸?shù)紺MM控制器上，開始測(cè)量。對(duì)于不存在原始CAD模型的測(cè)量對(duì)象，可以采用逆向工程技術(shù)，即通過(guò)對(duì)機(jī)器視覺系統(tǒng)所采集到的測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行處理，重建該物體的CAD模型。
6.結(jié)語(yǔ)
機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)能夠大幅降低檢驗(yàn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加快生產(chǎn)速度和提高生產(chǎn)效率。作為高精度、非接觸的測(cè)量方案，視覺系統(tǒng)涉及到光學(xué)和圖像處理算法，本身就是高度專業(yè)化的產(chǎn)品，在整個(gè)測(cè)量控制系統(tǒng)中，往往要與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)配合完成位置和進(jìn)給控制。另外，生產(chǎn)線上對(duì)多工序進(jìn)行同步連續(xù)檢測(cè)時(shí)，必須使視覺系統(tǒng)具備分布式聯(lián)網(wǎng)能力。機(jī)器視覺與運(yùn)動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊等先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合正在改變工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的面貌。隨著機(jī)器視覺技術(shù)自身的成熟和發(fā)展，可以預(yù)計(jì)，它將在現(xiàn)代和未來(lái)制造企業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。(end)
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