視覺(jué)系統在汽車(chē)門(mén)鎖裝配檢測中的應用

1 引言

汽車(chē)門(mén)鎖具有型號規格多, 結構差異大, 檢測項目多,部分結構松散易變形的特點(diǎn);汽車(chē)門(mén)鎖裝配檢測生產(chǎn)線(xiàn)要求設備檢測速度快、故障率低,并允許產(chǎn)品檢測內容具有一定的擴展性。

過(guò)去大多采用將檢測項分解到各分站分別檢測的辦法,這往往造成各分站設備結構復雜,操作繁瑣,設備設計周期長(cháng), 故障率高等缺陷, 而且因車(chē)鎖結構松散不宜接觸, 某些檢測需要依靠人工目測, 不僅操作員勞動(dòng)強度大, 而且因存在人工因素, 容易出錯。

隨著(zhù)工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展,自動(dòng)化設備的制造水平也日益提高,機器視覺(jué)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)視覺(jué))系統的引入很好地解決了這些問(wèn)題。

　　2 視覺(jué)技術(shù)簡(jiǎn)介

視覺(jué)技術(shù)就是用機器代替人眼來(lái)做測量和判斷,它通過(guò)鏡頭(Camer a)攝取圖像,并將像素的分布,亮度,顏色等信息,轉變成數字化信號;圖像系統對這些信號進(jìn)行運算以抽取圖像的特征, 并在此基礎上實(shí)現模式識別,坐標計算, 灰度分布圖等多種功能, 從而進(jìn)行邏輯判斷,用以控制現場(chǎng)設備。

同人工檢測相比, 機器視覺(jué)檢測具有以下優(yōu)勢。

　　3 視覺(jué)系統的設計

3.1 硬件部分設計

(1) 圖像采集部分:鏡頭PULNix TM-200,Cognex圖像采集卡(可連接4 組鏡頭)；(2) 圖像處理部分:PC 機（DELL GX5200）；(3) 機電控制部分:SeaIO I/O 卡(PCI 插槽),控制柜(內置空氣開(kāi)關(guān),接線(xiàn)端子等)構成電氣控制系統；(4) 機電執行部分:按鈕,傳感器,氣缸,閥島,指示燈, 蜂鳴器等；(5) 人機交互部分:顯示器,鼠標,鍵盤(pán)。

3.2 軟件部分設計

本項目基于Cognex 的視覺(jué)分析工具,自己開(kāi)發(fā)了一套視覺(jué)操作平臺。

(1) 系統開(kāi)發(fā)的軟件環(huán)境。

Windows 2000 或Windows XP 以上操作系統;Office 2000 或以上版本;VisiONPro 50 或以上版本;SeaIO_v030103 或以上版本;VS2005TF。

（2） 軟件開(kāi)發(fā)的要求。

汽車(chē)門(mén)鎖具有檢測點(diǎn)多(本例共23 點(diǎn)),品種多的特點(diǎn),這就要求軟件可以將檢測點(diǎn)自由組合到各個(gè)品種中去, 而且操作界面盡可能簡(jiǎn)捷, 易操作。

(3) 軟件的功能。

圖1 主界面

　　軟件的主界面如圖所示, 左側為當前車(chē)鎖的型號、選用的鏡頭、使用的定位原點(diǎn)、和被檢測點(diǎn)的概覽。右側為檢測結果和設備狀態(tài)等粗略信息。中間部分上側為系統檢測的實(shí)際圖像, 檢測合格的用綠色邊框圈定,不合格的用紅色邊框圈定, 并配有被檢測點(diǎn)的文字名稱(chēng)。該圖像會(huì )默認顯示為包含有檢測結果中含不合格檢測點(diǎn)的圖像。在這一圖像下側有四個(gè)小的顯示區域,分別對應于系統中不同的相機。如果該圖像含有不合格點(diǎn),則圖像外側會(huì )用紅色邊框圈出。最下側是各檢測點(diǎn)的詳細信息。如圖1 所示。

此外,在主窗口中還有“輸入顯示”“, 手動(dòng)控制”和“狀態(tài)報警”屬性頁(yè)。在菜單“工程”中添加有“型號選擇”、“Camera”、“PMAlignFixture”、“Tools”“Type”、“視覺(jué)運行”選項。如圖2 所示。

圖2 工程子菜單。

軟件為了減少調試工作量, 各被測點(diǎn)可以被配置在不同的視覺(jué)分析工具里,如果每個(gè)檢測工具只包含一個(gè)檢測點(diǎn), 那么當設置各個(gè)型號的檢測內容時(shí), 只需為每個(gè)型號選取對應的檢測項即可,從而大大地提高了視覺(jué)調試的工作效率。如圖3 所示。

圖3 對應檢測點(diǎn)的檢測工具(Tools )界面

軟件現應用于常熟Kieker t 汽車(chē)門(mén)鎖公司,運行穩定, 操作簡(jiǎn)單, 可滿(mǎn)足生產(chǎn)及調試中的各種需求。

圖4 為各型號分配檢測項的界面

　　4 視覺(jué)技術(shù)在門(mén)鎖檢測中的應用

一套視覺(jué)系統的成功應用, 不僅與軟件的設計密不可分,更取決于視覺(jué)分析工具的使用是否合理。對于不同的檢測對象要具體分析,采取不同的檢測方案。下面以在汽車(chē)門(mén)鎖檢測中常見(jiàn)的問(wèn)題為例說(shuō)明。

4.1 在深色的背景下檢測黑色的物體

視覺(jué)檢測本質(zhì)上是像素色度的檢測。被檢測物的色度與周?chē)尘暗纳仍较嘟? 檢測越困難。為此, 可以考慮對被檢測物單獨使用一個(gè)鏡頭, 然后增強光照,以便獲得足夠的灰度。然后考慮使用Cognex 視覺(jué)分析工具中的CogPMAlignTool 工具進(jìn)行分析。這是一個(gè)在可設定區域內尋找相似物體的工具。首先找出被檢測物上具有明顯特征, 且與其周?chē)尘吧钶^大的部分,將其設定為被檢測物后,再圈定包含被檢測物的可尋找區域。設定相似度后, 取下被檢測物, 對該工件進(jìn)行檢測,得到被檢測物不存在時(shí)的相似度檢測值。依據物體存在時(shí)的相似度值與物體不存在時(shí)的檢測相似度值的差值重新設定門(mén)檻值。

4.2 檢測彈簧等表面色澤易變的物體

彈簧類(lèi)物體的特征是表面色澤易受潤滑脂分布,傾斜角度等因素影響, 進(jìn)而形成與人眼觀(guān)察到的色澤差異較大的圖像。對此,可以考慮使用Cognex 視覺(jué)分析工具中的CogPMAl ignTool 工具對圖像進(jìn)行分析。

設置方法同上。因為相似度不僅僅反映在色度上, 也反映在形狀上, 因此利用這一工具可較好的識別該類(lèi)被檢測物。

4.3 較小的檢測點(diǎn)檢測

小的檢測點(diǎn)往往形狀不夠突出,所對應的像素較少,用相似度工具查找時(shí),因特征像素過(guò)少,容易誤判斷。因此,可選用Cognex 視覺(jué)分析工具中的CogBlobTool 工具進(jìn)行分析。這是一個(gè)通過(guò)設定色度的差異值來(lái)尋找特定區域被檢物體是否存在的工具。將Segmentation 中的mode 選為Hard Threshold(Fixed),將Polarity 選為L(cháng)ightBlobs,Dark background 或Dark Blobs,Light background,然后設定檢測區域,點(diǎn)擊動(dòng)態(tài)運行按鈕,調整Thr eshold的值, 觀(guān)察右側視窗中被檢物檢出情況的變化。取下被檢測物, 對該工件進(jìn)行檢測, 得到被檢測物不存在時(shí)的Blob 檢測值。依據物體存在時(shí)的Blob 值與物體不存在時(shí)的檢測Blob 值的差值重新調整Blob 設定值。

圖5 CogBlobTool 工具設定界面

4.4 有油污的鉚點(diǎn)檢測

由于工況的不同, 某些鉚點(diǎn)的表面會(huì )有一定程度的油污。這就使視覺(jué)檢測極易受到干擾?？蛇x用Cognex視覺(jué)分析工具中的CogFindCircleTool 工具進(jìn)行分析。

這是一個(gè)在選定區域內尋找圓并對圓進(jìn)行測量的工具。

在Caliper Settings 選項中,Edge Polarity 選項應鉤選Any Polar i ty,因為Dark to Light 和Light to Dark選項因受油污的干擾誤判率較高, 而An y Pola r i ty 則是以設定的圓弧線(xiàn)為基準,輔以色差的判斷,因此, 準確率很高。另外,Search Direction 選項中,Inward 和Outward的鉤選應以實(shí)測效果為準。如果鉚釘為規則的圓柱形,則可鉤選Inward,因為未鉚接的鉚釘往往沒(méi)有油污, 半徑較小;而鉚釘為星形時(shí)則應鉤選Outward,這樣才可準確判定鉚釘的鉚接后半徑值。需要注意的是,Caliper 選項中的Number of Calipers 應根據圓的大小適當選得大一些, 這樣圓的判斷依據點(diǎn)較充分, 得到的圓也更準確。

4.5 存在范圍可變的物體的檢測

某些被檢物的位置不是固定的,而是在某一區域內隨機存在, 這就意味著(zhù)必須選擇合適的搜尋區域。為此, 可以考慮使用Cognex 視覺(jué)分析工具中的CogPMAlignTool工具進(jìn)行分析。該工具提供了較為多樣的邊框劃線(xiàn)工具,使得邊框的設置非常人性化。

4.6 孔的檢測

黑色物體上通孔的檢測常常因為色差過(guò)于接近而失敗。但是, 如果在檢測夾具上增加一個(gè)亮色的觀(guān)測物, 使其穿過(guò)通孔, 再選用Cog n e x 視覺(jué)分析工具中的CogBlobTool 工具進(jìn)行分析,問(wèn)題即可解決。

4.7 固定區域高亮或高暗的判別

用判斷某一區域亮或暗的方式來(lái)區分物體有無(wú)是常見(jiàn)的處理方法,選用Cognex 視覺(jué)分析工具中的CogBlobTool工具進(jìn)行設置, 可達到這一要求。另外, 設備在設計時(shí)應充分考慮產(chǎn)品的工藝問(wèn)題,某些檢測物的表面可以通過(guò)產(chǎn)品工藝的改變而變化,這也為解決問(wèn)題提供了新的思路。

　　5 結束語(yǔ)

視覺(jué)系統在不接觸物體的情況下, 可以快速準確地檢測出物體的有無(wú), 尤其是檢測點(diǎn)數量比較多, 分布較為集中; 隨型號的不同, 同一位置被檢測物的種類(lèi)較多, 形狀較為復雜的情況下, 視覺(jué)檢測的優(yōu)勢較為突出。當然, 視覺(jué)系統的應用也受到成本, 被檢物的反光率等因素的制約而受到限制。因此, 靈活, 合理的調試視覺(jué)系統, 使其發(fā)揮最大的作用, 仍有待于業(yè)界人士的共同努力。