機(jī)器視覺(jué)即用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的工作流程大致為：被攝取目標(biāo)——經(jīng)圖像攝取裝置——圖像信號(hào)——經(jīng)圖像處理系統(tǒng)——數(shù)字信號(hào)——經(jīng)抽取目標(biāo)特征——判斷結(jié)果并控制設(shè)備。該流程的實(shí)現(xiàn)需相應(yīng)的硬件作為基礎(chǔ)，典型的工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)成有照明、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡、視覺(jué)處理器等。
本課題研究的是為發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線二次開(kāi)發(fā)的VisionPro視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。在頂置凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，滾子搖臂是很重要的零部件之一，其作用是將凸輪軸傳來(lái)的力改變方向傳遞到氣門上，實(shí)現(xiàn)推開(kāi)或關(guān)閉氣門。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾子搖臂的工作條件非常惡劣，搖臂在工作過(guò)程中承受很大的彎矩和周期性載荷。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中，需照相檢測(cè)滾子搖臂裝配狀態(tài)。
美國(guó)Congnex公司在VB語(yǔ)言基礎(chǔ)上二次開(kāi)發(fā)的VisionPro系統(tǒng)組合世界一流的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，具有快速而強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力。由于其快速建立原型和易于集成 ，VisionPro使得制造商、系統(tǒng)集成商、工程師可以快速開(kāi)發(fā)和配置出強(qiáng)大的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用系統(tǒng)�；谶@些優(yōu)點(diǎn)，我們選用了VisionPro視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。
1 、系統(tǒng)介紹
本選題主要是研究數(shù)字圖像技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的應(yīng)用，用于自動(dòng)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)滾子搖臂的安裝姿態(tài)、是否缺失，從而減少發(fā)生錯(cuò)裝、漏裝等品質(zhì)事故。
圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)滾子搖臂樣品圖
圖2 系統(tǒng)簡(jiǎn)易框圖
系統(tǒng)工作流程是：PLC觸發(fā)拍照信號(hào)給工業(yè)相機(jī)，工業(yè)相機(jī)進(jìn)行拍照取相，用工業(yè)PC里安裝的VisionPro視覺(jué)檢測(cè)軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理和分析，結(jié)果輸出給PLC，詳細(xì)的檢測(cè)結(jié)果顯示在人機(jī)界面上，合格顯示綠色，進(jìn)入下一臺(tái)檢測(cè)；不合格顯示紅色，可直接廢品放行，也可檢查調(diào)整裝配，重新拍照檢測(cè)。
2 、硬件配置
設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)滾子搖臂裝配視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)中硬件部分主要由以下三部分構(gòu)成：
光源：根據(jù)設(shè)計(jì)要求和被檢測(cè)面的材質(zhì)等，本系統(tǒng)共安裝兩個(gè)條燈和八個(gè)紅色激光射線燈。
光學(xué)鏡頭：選擇焦距（Focal Length）為16mm的百萬(wàn)像素定焦鏡頭，四個(gè)百萬(wàn)TM-16mm鏡頭。
工業(yè)相機(jī)（CCD傳感器） ： 根據(jù)相機(jī)分辨率2448×2048的要求，選擇型號(hào)XM-Basler500-GIGE的黑白相機(jī)共四個(gè)。
表1 系統(tǒng)參數(shù)
圖3 其中一個(gè)相機(jī)的配置結(jié)構(gòu)圖（其他三個(gè)相機(jī)相同）
3、 軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)利用美國(guó)COGNEX公司在VB.NET平臺(tái)上二次開(kāi)發(fā)的VisionPro視覺(jué)檢測(cè)軟件，主要完成發(fā)動(dòng)機(jī)滾子搖臂圖像的采集、圖像的預(yù)處理分析和圖像顯示、保存等工作。
3.1 模型匹配
首先通過(guò)模型匹配方法（Cognex的PatMax算法）在缸體上找到如下圖白色劃線所示的模型。
圖4 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂檢測(cè)平面做整體的模型匹配
然后在下圖方框選定好的模型范圍內(nèi)建立一個(gè)基準(zhǔn)坐標(biāo)，取基準(zhǔn)點(diǎn)A作為取相的定位基準(zhǔn)點(diǎn)。
3.2 訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)圖像
對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝配的發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂進(jìn)行取相。
圖5 模型匹配得出的基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)框
圖6 取相結(jié)果
對(duì)每個(gè)搖臂進(jìn)行模型匹配，在圖中搖臂所在方框內(nèi)取得搖臂的基準(zhǔn)點(diǎn)B，訓(xùn)練多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)裝配的發(fā)動(dòng)機(jī)搖臂圖像，最后取每個(gè)搖臂基準(zhǔn)點(diǎn)B相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)A的角度
平均值和距離平均值，并根據(jù)訓(xùn)練過(guò)程中記錄的最大、最小值作為最大、最小范圍。
圖7 對(duì)單個(gè)搖臂的模型匹配
圖8 由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)安裝搖臂算得的最大最小范圍及平均值和標(biāo)準(zhǔn)差
3.3 驗(yàn)證
圖9為正常安裝的搖臂，圖10為搖臂安裝有偏的情況，可看到基準(zhǔn)框的位置發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的取相結(jié)果也發(fā)生變化。若取相結(jié)果在最大最小值范圍內(nèi)，則判斷為合格安裝搖臂；否則，為不合格安裝搖臂。
圖9 合格安裝搖臂
圖10 不合格安裝搖臂
圖11 結(jié)果顯示界面
檢測(cè)結(jié)果顯示界面如圖11所示，正常為取相界面，搖臂顯示黃色；檢測(cè)結(jié)果合格，搖臂顯示綠色；檢測(cè)結(jié)果不合格，搖臂顯示紅色。并能夠進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出合格率；能夠區(qū)分不同發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型，對(duì)不同機(jī)型，有不同的檢測(cè)程序。
4 、結(jié)束語(yǔ)
本文根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，能夠完成自動(dòng)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)滾子搖臂的安裝姿態(tài)、是否缺失的需求。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確可靠，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)滾子搖臂裝配的質(zhì)量。
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