視覺系統(tǒng)在汽車門鎖裝配檢測(cè)中的應(yīng)用

1 引言

汽車門鎖具有型號(hào)規(guī)格多, 結(jié)構(gòu)差異大, 檢測(cè)項(xiàng)目多,部分結(jié)構(gòu)松散易變形的特點(diǎn);汽車門鎖裝配檢測(cè)生產(chǎn)線要求設(shè)備檢測(cè)速度快、故障率低,并允許產(chǎn)品檢測(cè)內(nèi)容具有一定的擴(kuò)展性。

過去大多采用將檢測(cè)項(xiàng)分解到各分站分別檢測(cè)的辦法,這往往造成各分站設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,操作繁瑣,設(shè)備設(shè)計(jì)周期長, 故障率高等缺陷, 而且因車鎖結(jié)構(gòu)松散不宜接觸, 某些檢測(cè)需要依靠人工目測(cè), 不僅操作員勞動(dòng)強(qiáng)度大, 而且因存在人工因素, 容易出錯(cuò)。

隨著工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展,自動(dòng)化設(shè)備的制造水平也日益提高,機(jī)器視覺(以下簡稱視覺)系統(tǒng)的引入很好地解決了這些問題。

　　2 視覺技術(shù)簡介

視覺技術(shù)就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷,它通過鏡頭(Camer a)攝取圖像,并將像素的分布,亮度,顏色等信息,轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算以抽取圖像的特征, 并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別,坐標(biāo)計(jì)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(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

同人工檢測(cè)相比, 機(jī)器視覺檢測(cè)具有以下優(yōu)勢(shì)。

　　3 視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 硬件部分設(shè)計(jì)

(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(jī)（DELL GX5200）；(3) 機(jī)電控制部分:SeaIO I/O 卡(PCI 插槽),控制柜(內(nèi)置空氣開關(guān),接線端子等)構(gòu)成電氣控制系統(tǒng)；(4) 機(jī)電執(zhí)行部分:按鈕,傳感器,氣缸,閥島,指示燈, 蜂鳴器等；(5) 人機(jī)交互部分:顯示器,鼠標(biāo),鍵盤。

3.2 軟件部分設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目基于Cognex 的視覺分析工具,自己開發(fā)了一套視覺操作平臺(tái)。

(1) 系統(tǒng)開發(fā)的軟件環(huán)境。

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

（2） 軟件開發(fā)的要求。

汽車門鎖具有檢測(cè)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(cè)點(diǎn)自由組合到各個(gè)品種中去, 而且操作界面盡可能簡捷, 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(cè)為當(dāng)前車鎖的型號(hào)、選用的鏡頭、使用的定位原點(diǎn)、和被檢測(cè)點(diǎn)的概覽。右側(cè)為檢測(cè)結(jié)果和設(shè)備狀態(tài)等粗略信息。中間部分上側(cè)為系統(tǒng)檢測(cè)的實(shí)際圖像, 檢測(cè)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(cè)點(diǎn)的文字名稱。該圖像會(huì)默認(rèn)顯示為包含有檢測(cè)結(jié)果中含不合格檢測(cè)點(diǎn)的圖像。在這一圖像下側(cè)有四個(gè)小的顯示區(qū)域,分別對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)中不同的相機(jī)。如果該圖像含有不合格點(diǎn),則圖像外側(cè)會(huì)用紅色邊框圈出。最下側(cè)是各檢測(cè)點(diǎn)的詳細(xì)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(bào)警”屬性頁。在菜單“工程”中添加有“型號(hào)選擇”、“Camera”、“PMAlignFixture”、“Tools”“Type”、“視覺運(yùn)行”選項(xiàng)。如圖2 所示。

圖2 工程子菜單。

軟件為了減少調(diào)試工作量, 各被測(cè)點(diǎn)可以被配置在不同的視覺分析工具里,如果每個(gè)檢測(cè)工具只包含一個(gè)檢測(cè)點(diǎn), 那么當(dāng)設(shè)置各個(gè)型號(hào)的檢測(cè)內(nèi)容時(shí), 只需為每個(gè)型號(hào)選取對(duì)應(yīng)的檢測(cè)項(xiàng)即可,從而大大地提高了視覺調(diào)試的工作效率。如圖3 所示。

圖3 對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)工具(Tools )界面

軟件現(xiàn)應(yīng)用于常熟Kieker t 汽車門鎖公司,運(yùn)行穩(wěn)定, 操作簡單, 可滿足生產(chǎn)及調(diào)試中的各種需求。

圖4 為各型號(hào)分配檢測(cè)項(xiàng)的界面

　　4 視覺技術(shù)在門鎖檢測(cè)中的應(yīng)用

一套視覺系統(tǒng)的成功應(yīng)用, 不僅與軟件的設(shè)計(jì)密不可分,更取決于視覺分析工具的使用是否合理。對(duì)于不同的檢測(cè)對(duì)象要具體分析,采取不同的檢測(cè)方案。下面以在汽車門鎖檢測(cè)中常見的問題為例說明。

4.1 在深色的背景下檢測(cè)黑色的物體

視覺檢測(cè)本質(zhì)上是像素色度的檢測(cè)。被檢測(cè)物的色度與周圍背景的色度越相近, 檢測(cè)越困難。為此, 可以考慮對(duì)被檢測(cè)物單獨(dú)使用一個(gè)鏡頭, 然后增強(qiáng)光照,以便獲得足夠的灰度。然后考慮使用Cognex 視覺分析工具中的CogPMAlignTool 工具進(jìn)行分析。這是一個(gè)在可設(shè)定區(qū)域內(nèi)尋找相似物體的工具。首先找出被檢測(cè)物上具有明顯特征, 且與其周圍背景色差較大的部分,將其設(shè)定為被檢測(cè)物后,再圈定包含被檢測(cè)物的可尋找區(qū)域。設(shè)定相似度后, 取下被檢測(cè)物, 對(duì)該工件進(jìn)行檢測(cè),得到被檢測(cè)物不存在時(shí)的相似度檢測(cè)值。依據(jù)物體存在時(shí)的相似度值與物體不存在時(shí)的檢測(cè)相似度值的差值重新設(shè)定門檻值。

4.2 檢測(cè)彈簧等表面色澤易變的物體

彈簧類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)而形成與人眼觀察到的色澤差異較大的圖像。對(duì)此,可以考慮使用Cognex 視覺分析工具中的CogPMAl ignTool 工具對(duì)圖像進(jìn)行分析。

設(shè)置方法同上。因?yàn)橄嗨贫炔粌H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(shí)別該類被檢測(cè)物。

4.3 較小的檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)

小的檢測(cè)點(diǎn)往往形狀不夠突出,所對(duì)應(yīng)的像素較少,用相似度工具查找時(shí),因特征像素過少,容易誤判斷。因此,可選用Cognex 視覺分析工具中的CogBlobTool 工具進(jìn)行分析。這是一個(gè)通過設(shè)定色度的差異值來尋找特定區(qū)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LightBlobs,Dark background 或Dark Blobs,Light background,然后設(shè)定檢測(cè)區(qū)域,點(diǎn)擊動(dòng)態(tài)運(yùn)行按鈕,調(diào)整Thr eshold的值, 觀察右側(cè)視窗中被檢物檢出情況的變化。取下被檢測(cè)物, 對(duì)該工件進(jìn)行檢測(cè), 得到被檢測(cè)物不存在時(shí)的Blob 檢測(cè)值。依據(jù)物體存在時(shí)的Blob 值與物體不存在時(shí)的檢測(cè)Blob 值的差值重新調(diào)整Blob 設(shè)定值。

圖5 CogBlobTool 工具設(shè)定界面

4.4 有油污的鉚點(diǎn)檢測(cè)

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。這就使視覺檢測(cè)極易受到干擾。可選用Cognex視覺分析工具中的CogFindCircleTool 工具進(jìn)行分析。

這是一個(gè)在選定區(qū)域內(nèi)尋找圓并對(duì)圓進(jìn)行測(cè)量的工具。

在Caliper Settings 選項(xiàng)中,Edge Polarity 選項(xiàng)應(yīng)鉤選Any Polar i ty,因?yàn)镈ark to Light 和Light to Dark選項(xiàng)因受油污的干擾誤判率較高, 而An y Pola r i ty 則是以設(shè)定的圓弧線為基準(zhǔn),輔以色差的判斷,因此, 準(zhǔn)確率很高。另外,Search Direction 選項(xiàng)中,Inward 和Outward的鉤選應(yīng)以實(shí)測(cè)效果為準(zhǔn)。如果鉚釘為規(guī)則的圓柱形,則可鉤選Inward,因?yàn)槲淬T接的鉚釘往往沒有油污, 半徑較小;而鉚釘為星形時(shí)則應(yīng)鉤選Outward,這樣才可準(zhǔn)確判定鉚釘?shù)你T接后半徑值。需要注意的是,Caliper 選項(xiàng)中的Number of Calipers 應(yīng)根據(jù)圓的大小適當(dāng)選得大一些, 這樣圓的判斷依據(jù)點(diǎn)較充分, 得到的圓也更準(zhǔn)確。

4.5 存在范圍可變的物體的檢測(cè)

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

4.6 孔的檢測(cè)

黑色物體上通孔的檢測(cè)常常因?yàn)樯钸^于接近而失敗。但是, 如果在檢測(cè)夾具上增加一個(gè)亮色的觀測(cè)物, 使其穿過通孔, 再選用Cog n e x 視覺分析工具中的CogBlobTool 工具進(jìn)行分析,問題即可解決。

4.7 固定區(qū)域高亮或高暗的判別

用判斷某一區(qū)域亮或暗的方式來區(qū)分物體有無是常見的處理方法,選用Cognex 視覺分析工具中的CogBlobTool工具進(jìn)行設(shè)置, 可達(dá)到這一要求。另外, 設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮產(chǎn)品的工藝問題,某些檢測(cè)物的表面可以通過產(chǎn)品工藝的改變而變化,這也為解決問題提供了新的思路。

　　5 結(jié)束語

視覺系統(tǒng)在不接觸物體的情況下, 可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出物體的有無, 尤其是檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量比較多, 分布較為集中; 隨型號(hào)的不同, 同一位置被檢測(cè)物的種類較多, 形狀較為復(fù)雜的情況下, 視覺檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)較為突出。當(dāng)然, 視覺系統(tǒng)的應(yīng)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(diào)試視覺系統(tǒng), 使其發(fā)揮最大的作用, 仍有待于業(yè)界人士的共同努力。