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机器视觉测验体系构成、作业原理及品种剖析

来源:江南体育官网    发布时间:2023-06-19 04:23:30

  现代工业主动化出产中涉及到各式各样的查验、出产监督和零件辨认运用,如轿车零配件批量加工的尺度查看和主动设备的完整性查看、电子设备线的元件主动定位、IC上的字符辨认等。一般这种带有高度重复性和智能性的作业是由肉眼来完结的,但在某些特别状况下,如对细小尺度的准确快速丈量、形状匹配以及色彩辨识等,依托肉眼底子无法接连安稳地进行,其它物理量传感器也难以担任。人们开端考虑用CCD照相机抓取图画后送入计算机或专用的图画处理模块,经过数字化处理,依据像素散布和亮度、色彩等信息来进行尺度、形状、色彩等的判别。这种办法是把计算机处理的快速性、可重复性与肉眼视觉的高度智能化和笼统才能相结合,由此发生了机器视觉测验技能的概念。

  视觉测验技能是树立在计算机视觉研讨根底上的一门新式测验技能。与计算机视觉研讨的视觉形式辨认、视觉了解等内容不同,视觉测验技能要点研讨的是物体的几许尺度及物体的方位丈量,如轿车白车身三维尺度的丈量、模具等三维面形的快速丈量、大型工件同轴度丈量以及共面性丈量等,它能够广泛运用于在线丈量、逆向工程等主动、实时丈量进程。视觉测验技能在国外开展很快,早在20世纪80年代,美国国家规范局就曾估计未来90%的检测使命将由视觉测验体系来完结。因此仅在80年代,美国就有100多家公司跻身于视觉测验体系的运营商场,可见视觉测验体系的确很有开展前途。在近几届北京世界机床展览会上现已见到国外企业展出的运用视觉检测技能研发的先进仪器,如活动式光学三坐标丈量机、高速高精度数字化扫描体系、非触摸式光学三坐标丈量机等。

  典型的视觉体系一般包含光源、镜头、CCD照相机、图画处理单元(或图画收集卡)、图画处理软件、监督器、通讯/输入输出单元等。

  视觉体系的输出并非图画视频信号,而是经过运算处理之后的检测成果(如尺度数据)。一般,机器视觉测验便是用机器替代肉眼来做丈量和判别。

  首要选用CCD照相机将被吸取方针转化成图画信号,传送给专用的图画处理体系,依据像素散布和亮度、色彩等信息,转变成数字化信号。图画体系对这些信号进行各种运算来抽取方针的特征,如:面积、长度、数量、方位等。最终,依据预设的容许度和其他条件输出成果,如:尺度、怠慢、偏移量、个数、合格/不合格、有/无等。上位机(如PC和PLC)实时取得检测成果后,指挥运动体系或I/O体系履行相应的操控动作(如定位和分类)。

  从视觉体系的运转环境分类,可分为PC—BASED体系和PLC—BASED体系。依据PC的体系运用了其开放性、高度的编程灵敏性和杰出的Windows界面,一起体系全体本钱较低。PC—Based体系内含高功用图画收集卡,一般可接多个镜头,并供给库函数支撑。现在世界一流的PC—Based视觉体系出产厂商美国Data Translation公司,其MACH 系列(如DT3155)和MV系列PC I工业视觉卡现已成为业界规范;配套软件方面,32位SDK for Windows95/98/NT供给C/C++编程用DLL,DT Active Open Layer可视化控件供给VB和VC++下的图形化编程环境,而DT Vision Foundry则是Windows下面向方针的机器视觉组态软件,用户可用它快速开发杂乱高级的运用。相似的还有美国NI公司,该公司将机器视觉和运动操控功用与其被广泛运用的Labview虚拟仪器软件相结合,效果显著。

  与美国公司大力开展PC结构比较,日本和德国公司在PLC—Based体系方面走在前列。在PLC体系中,视觉的效果更像一个智能化的传感器,图画处理单元独立于体系,经过串行总线和I/O与PLC交流数据。日本松下公司的Image Checker M100/M200体系可说是这方面的代表。该体系运用高速专用ASIC进行256级灰度检测,带逻辑条件和数学运算功用。体系软件固化在图画处理器中,经过相似于游戏键盘的简略设备对显现在监督器中的菜单进行装备,开发周期短,体系可靠性高,其新一代产品A1 10/A210表现了集成化、小型化、高速化和低本钱的特色。欧姆龙、Keyence等公司也有相似的体系,但在技能功用上相对简略,更适用于进行有无判别或形状匹配等。而德国Siemens公司的智能化PROFIBUS工业视觉体系SIMATICVS 710供给了一体化的、散布式的高级图画处理计划,它将处理器、CCD、I/O集成在一个机箱内,供给PROFIBUS的联网办法或集成的I/O和RS232接口,更重要的是经过PCWINDOWS下的Pro Vision软件进行组态。VS 710第一次将PC的灵敏性、PLC的可靠性、散布式网络技能和一体化规划结合在一起,使得西门子在PC和PLC体系之间找到了完美的平衡。

  现代视觉理论和技能的开展,不只在于模拟人眼能完结的功用,更重要的是它能完结人眼所不能担任的作业。在当今电子、光学和计算机等技能不断老练和完善的根底上,视觉技能这个新式技能类别也得到敏捷开展。

  机器视觉的特色是主动化、客观性、非触摸和高精度。与一般意义上的图画处理体系比较,机器视觉体系着重的是精度、速度以及工业现场环境下的可靠性。机器视觉特别适用于大批量出产进程中的质量查看,如:零件设备完整性、设备尺度精度、零件加工精度、方位/怠慢丈量、零件辨认、特性/字符辨认等,首要运用于包含轿车、制药、电子与电气、制作、包装、食物、饮料、医学等范畴,用于对轿车外表盘加工精度的查看、高速贴片机上对电子元件的快速定位、对管脚数意图查看、IC外表印字符的辨识、胶囊出产中对胶囊壁厚和外观缺点的查看、轴承出产中对滚珠数量和破损状况的查看、食物包装上对出产日期的辨识、对标签贴放方位的查看以及医疗方面临细胞数量和性质的判别等。因为机器视觉体系能够快速获取许多信息,易于主动处理,也易于与规划信息以及加工操控信息集成,因此,在现代主动化出产进程中,机器视觉体系广泛地用于工况监督、制品查验和质量操控等范畴。机器视觉体系的特色是进步出产的柔性和主动化程度,在一些不适合人作业业的风险作业环境或人工视觉难以满意要求的场合,选用机器视觉来替代人工视觉;一起在大批量工业出产进程中,用人工视觉查看产品质量不只功率低而且精度不高,而用机器视觉检测办法能够大大进步出产功率和出产的主动化程度;此外,机器视觉易于完结信息集成,是完结计算机集成制作的根底技能。世界上视觉体系的运用方兴未已,仅1998年的商场规模已达46亿美元,而在国内,工业视觉体系尚处于概念导人期,各行业的抢先企业在处理了出产主动化的问题今后,才开端将目光转向视觉丈量主动化。

  (1)大型工件平行度、笔直度丈量选用激光扫描与CCD勘探体系的大型工件平行度、笔直度丈量仪,它是以安稳的准直激光束为丈量基线,配以反转轴系,旋转五角标棱镜扫出相互平行或笔直的基准平面,并将其与被测大型工件的各面进行比较。在加工或设备大型工件时,可用该认错器丈量面间平行度及笔直度。

  该体系以频亮光作为照明光源,运用面阵和线阵CCD作为螺纹钢外形概括尺度的勘探器材,完结热轧螺纹钢几许参数在线)轴承状况实时监控

  选用视觉技能实时监控轴承的负载和温度改动,消除过载和过热的风险。该技能将传统的经过丈量滚珠外表来确保加工质量和安全操作的被动式丈量变为主动监控。

  轿车外表板总成上设备有速度里程表、水温表、汽油表、电流表、信号报警灯等,其出产批量大,出厂前需求进行一次质量终检。检测项目包含速度表等五个外表指针的指示差错,24个信号报警灯和若干照明灯是否损坏或漏装等。一般选用人工目测办法查看,但差错大、可靠性差,不能满意主动化出产的需求。机器视觉测验技能的智能集成测验体系改动了这种现状,完结了对外表板总成智能化、全主动、高精度、快速度的质量检测,克服了人工检测所构成的各种差错,大大进步了检测的功率和可靠性。

  在对外表质量要求很高的特别大型金属板进行检测时,原始的检测办法是选用人工目视或用百分表加探针进行检测,该办法不只易受主观要素的影响,而且或许给被测外表带来新的划伤。金属板外表主动探伤体系运用机器视觉测验技能对金属外表缺点进行主动查看,可在出产进程中高速、准确地进行检测,一起因为该体系选用非触摸式丈量,避免了发生新划伤的或许。该体系选用激光器作为光源,经过针孔滤波器滤除激光束周围的杂散光,选用扩束镜和准直镜使激光束变为平行光并以45度的入射角均匀照耀在被测金属板外表上。金属板放在查验台上,查验台可在x、y、z三个方向上移动,摄像机选用TCD142D型2048线阵CCD,镜头选用一般照相机镜头,CCD接口电路选用单片机体系。PC主机首要完结图画预处理及缺点的分类或划痕的深度运算等,并可将检测到的缺点或划痕图画在显现器上显现。CCD接口电路和PC机之间经过RS.232口进行双向通讯,构成人机交互式数据收集与处理。该体系首要运用线阵CCD的自扫描特性与被检钢板在x方向的移动相结合,提取金属板外表的三维图画信息。

  英国ROVER轿车公司800系列轿车车身概括尺度精度的100%在线检测,是机器视觉体系用于l3l工业检测中的一个典型实例。该体系由62个丈量单元组成,每个丈量单元包含一台激光器和一个CCD摄像机,用以检测车身外壳上288个丈量点;轿车车身置于丈量框架下,经过软件校准车身的准确方位。每个激光器、摄像机单元均在离线状况下经过校准,一起还有一个在离线状况下用三坐标丈量机校准过的校准设备用以对摄像机进行在线秒检测一个车身的速度,可检测三品种型的车身;体系将检测成果与从CAD模型中提取出来的合格尺度比较较,丈量精度为±0.1mm。ROVER公司的质量检测人员用该体系来判别要害部分的尺度一致性,如车身全体外型、车门、玻璃窗口等。检测实践证明,该体系可成功进行800系列轿车车身概括尺度精度的在线检测,并将用于检测ROVER公司其它系列的车身概括尺度精度。

  奥迪公司最近研发成功了一种能够对白车身外表缺点进行全主动检测的体系,取名为“智能操控白车身外表质量检测体系”。该检测体系归纳选用了投影光栅直接相位收集、高速数字图象处理、外表缺点图象形式主动辨认、智能化质量判别、自习惯体系学习技能、高速数字信息网络、松懈化自调理软硬件结构以及机器人体系操控技能,能够在传动速度为5m/min的出产线上,对焊装结束的白车身进行100%的在线秒。经过主动测验与剖析,将过去靠肉眼无法分辩的外表缺点直接符号在车身上,使白车身进入喷漆工序之前即可对缺点处进行打磨,节省了外表喷涂进程中的打磨工序,既节省了许多制作本钱,一起又进步了车身的外表质量。

  此外,在许多其它办法难以检测的场合,运用机器视觉体系能够有效地完结。机器视觉的运用正越来越多地替代人去完结许多作业,这无疑在很大程度上进步了出产主动化水平缓检测体系的智能水平。

  跟着世界商场竞争的加重,各国的制作企业越来越清楚地认识到,产品质量的好坏,是决议企业出产和运营胜败的要害。跟着商场环境的多样化,企业对巨大的与质量有关的数据的收集、处理和传递提出了更高的要求,更具柔性和主动化的CAQ体系呈现出以下开展趋势:①在必要的状况下,CAQ体系能够100%地检测产品,而不像现在遍及选用的抽样检测;②将检测规划集成到加工进程中,构成闭环反应操控体系,在检测时确认产品相关于规范尺度的误差,并在线%的优质产品;③机器视觉和先进的图画处理技能、逆向工程技能已广泛地运用于主动化检测,因此,可完结智能化、柔性、快速和低本钱的检测方针。④适用于不同产品结构的检测技能可将新的产品技能要求直接从CAD/CAM数据库传输到检测体系中,不需求操作人员编制特别的程序。

  机器视觉和逆向工程等技能的开展及其与CMM的集成,能够进一步进步CMM的丈量功率。关于具有原始CAD模型的丈量方针,能够运用机器视觉体系,敏捷辨认方针物的形状及其在丈量渠道的方位和状况,完结机器坐标系、工件坐标系、摄像机坐标系三者之间的转化,协助CMM完结检测途径主动构成与丈量成果判别。机器视觉体系将收集到的信息传输到计算机,一起计算机操控视觉体系的操作,另一方面计算机将生成的检测规划传输到CMM操控器中,由该操控器操控CMM丈量,再将丈量成果反应回主控计算机,构成闭环反应检测体系。

  为了生成检测规矩,运用CAD/CAM数据库中所存在的信息,将机器视觉得到的图画数据与CAD数据进行匹配,主动确认工件方位,选定检测项目、检测点和检测途径;确认丈量点的办法是:为尽或许削减丈量差错,事前对丈量方针均以等间隔指定丈量点;最终生成CMM的丈量指令传输到CMM操控器上,开端丈量。关于不存在原始CAD模型的丈量方针,能够选用逆向工程技能,即经过对机器视觉体系所收集到的丈量点的三维坐标进行处理,重建该物体的CAD模型。

  机器视觉测验体系能够大幅下降查验本钱,进步产品质量,加速出产速度和进步出产功率。作为高精度、非触摸的丈量计划,视觉体系涉及到光学和图画处理算法,本身便是高度专业化的产品,在整个丈量操控体系中,往往要与运动操控体系合作完结方位和进给操控。别的,出产线上对多工序进行同步接连检测时,有必要使视觉体系具有散布式联网才能。机器视觉与运动操控、网络通讯等先进技能的结合正在改动工业主动化出产的相貌。跟着机器视觉技能本身的老练和开展,能够估计,它将在现代和未来制作企业中得到越来越广泛的运用。

  要害字:修改:什么鱼 引证地址:机器视觉测验体系构成、作业原理及品种剖析

  1 导言 伴跟着微电子技能的开展,机载设备的主动化程度、归纳化水平缓技能密度程度不断进步,一起也使机载设备的测验体系及修理设备的研讨遭到高度重视。国外发达国家都先后拟定了习惯本国要求的修理体系与修理设备的规划、类型挑选及模块化、系列化规范,其首要意图是要以较低的测验本钱、较短的研发周期、先进的测验技能和便于灵敏组合的软硬件结构,树立通用化、系列化和规范化的修理测验渠道,以习惯多个测验方针、多种测验环境和技能不断开展的要求,这种修理测验渠道称作主动测验设备(ATE,Automatic Testing Equipment)。 本文介绍的航向姿势体系主动测验设备正是依据ATE技能的主动测验设备,对某型飞翔器机载航姿体系各部件进行离位

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