機(jī)器視覺(jué)在汽車檢測(cè)行業(yè)的應(yīng)用研究

摘 要：隨著光電技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了通過(guò)機(jī)器代替人眼識(shí)別功能的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)具有高自動(dòng)化、高準(zhǔn)確性、方便、安全等特點(diǎn)，在眾多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用，如交通行業(yè)的車輛識(shí)別系統(tǒng)，食品行業(yè)的水果挑揀，汽車行業(yè)的零件檢測(cè)等。文章詳細(xì)介紹了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的原理，以及在汽車行業(yè)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué)；汽車行業(yè)；應(yīng)用

WTO開(kāi)放后，汽車行業(yè)面臨越來(lái)越大的競(jìng)爭(zhēng)力，為了提高汽車中各種零件的合格度以及安裝精度，各個(gè)汽車生產(chǎn)線中大量的使用了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)具有非接觸，不受溫度影響，精確度高，功能穩(wěn)定等特點(diǎn)，逐步的使用到各種高精度檢測(cè)環(huán)境中。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)使用CCD傳感器件作為核心器件，CCD傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，圖像采集卡將電信號(hào)處理后轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號(hào)。文章重點(diǎn)討論了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在汽車檢測(cè)中的使用，希望通過(guò)該技術(shù)的介紹，幫助用戶更好地使用該技術(shù)。

1 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

1.1 系統(tǒng)的檢測(cè)原理

如上圖1所示，整個(gè)機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)系統(tǒng)主要由CCD相機(jī)，CCD傳感器，圖像采集卡，計(jì)算機(jī)，以及顯示器構(gòu)成。CCD相機(jī)負(fù)責(zé)拍攝，由于被測(cè)件邊沿的反光效果差異而導(dǎo)致出現(xiàn)光信號(hào)的變化。光信號(hào)經(jīng)過(guò)CCD傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)圖像采集卡處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)。計(jì)算機(jī)的作用是通過(guò)圖像處理軟件對(duì)采集到的圖像進(jìn)行一定的處理，提取特征值并做出判斷。顯示器主要是顯示計(jì)算后得到的結(jié)果，并展示給用戶。PLC控制器主要負(fù)責(zé)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。

檢測(cè)系統(tǒng)的工作從CCD相機(jī)信號(hào)輸入開(kāi)始，然后通過(guò)CCD傳感器進(jìn)行對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換，接著通過(guò)圖像采集卡把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出對(duì)應(yīng)的圖片信息，并輸出給顯示器。

1.2 系統(tǒng)檢測(cè)原理分析

根據(jù)1.1節(jié)中提出的方案，系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成：

（1）信號(hào)采集模塊的選型和實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)中信號(hào)采集模塊主要由CCD相機(jī)和CCD傳感器。CCD相機(jī)使用的超遠(yuǎn)紫外幀轉(zhuǎn)移CCD相機(jī)。該CCD相機(jī)的主要性能有：

a.小像素尺寸，<15微米的像素。

b.可制冷CCD傳感器有55攝氏度的溫度增量。

c.傳感器對(duì)角線尺寸19mm-38mm。

d.相機(jī)連接/GigE數(shù)字接口。

對(duì)于電平轉(zhuǎn)換芯片檢測(cè)系統(tǒng)一般使用DS90CR288這款芯片，該芯片可以實(shí)現(xiàn)由光信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。DS90CR288中有兩個(gè)FIFO，輸入FIFO負(fù)責(zé)接受輸入的圖像的數(shù)據(jù)，輸出FIFO負(fù)責(zé)輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。DS90CR288的數(shù)據(jù)位寬為24位，中間通過(guò)SDRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩存。

（2）信號(hào)處理模塊的選型和實(shí)現(xiàn)

檢測(cè)系統(tǒng)中信號(hào)處理模塊主要由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，圖像采集卡采集到的信號(hào)含有復(fù)雜的噪聲，計(jì)算機(jī)需要對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行濾波和平滑處理，剔除噪聲和斜置判別等處理。計(jì)算機(jī)常見(jiàn)的處理方法有二值化、膨脹、腐蝕、邊緣檢測(cè)等，經(jīng)過(guò)處理后的圖像更加容易獲取到特征區(qū)域，以便快速定位被檢測(cè)圖像。

2 機(jī)器視覺(jué)在汽車檢測(cè)中的應(yīng)用

目前，汽車零部件外觀缺陷檢測(cè)主要靠人工的方式進(jìn)行，質(zhì)檢人員通過(guò)肉眼的方式逐一對(duì)零件表面和側(cè)面進(jìn)行檢測(cè)，手工對(duì)良品和不良品進(jìn)行逐一分揀。由于人存在主觀判斷誤差以及人眼睛的疲勞因素。因此，人工檢測(cè)的方式存在著檢測(cè)質(zhì)量不穩(wěn)定、部分缺陷不易識(shí)別、檢測(cè)效率低下等問(wèn)題。嚴(yán)重制約著我國(guó)的產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。本節(jié)介紹機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用，該技術(shù)在汽車檢測(cè)行業(yè)中可以的應(yīng)用場(chǎng)景有。

2.1 對(duì)工件表面缺陷的檢測(cè)

由于對(duì)于汽車的生產(chǎn)過(guò)程中零件眾多，如果通過(guò)人工目測(cè)方法已經(jīng)不太可能，所以需要通過(guò)機(jī)器視覺(jué)來(lái)查看零件的中的各種缺陷，如連桿結(jié)合面爆口等?？梢酝ㄟ^(guò)機(jī)器視覺(jué)來(lái)確定破口面積大于3mm2或者長(zhǎng)度大于2.5mm，就說(shuō)明該零件不合格。這種測(cè)量過(guò)程是利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)獲取零件的圖像信息，并計(jì)算破口的尺寸，并通過(guò)計(jì)算機(jī)識(shí)別出不合格的零件，最后通過(guò)PLC控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)挑選出這些不合格零件。

2.2 活塞在缸體內(nèi)的裝配

對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)，活塞在缸體內(nèi)的位置非常重要，所以檢測(cè)系統(tǒng)需要檢查活塞是否存在，在缸體內(nèi)的位置，以及活塞頂部表面的標(biāo)識(shí)。整個(gè)檢測(cè)的流程：首先發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)傳輸帶到達(dá)檢測(cè)位置，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)通知機(jī)器視覺(jué)開(kāi)始檢測(cè)，如果機(jī)器視覺(jué)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有安裝活塞，或者活塞的安裝進(jìn)度不夠，或者活塞的表面不光滑都觸發(fā)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)報(bào)警，并通知人工去挑揀不合格的產(chǎn)品，否則機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)控制系統(tǒng)把發(fā)動(dòng)機(jī)送到下一個(gè)工位。

2.3 主軸承蓋在缸體上的裝配

整個(gè)檢測(cè)的流程：首先發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)傳輸帶到達(dá)檢測(cè)位置，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)通知機(jī)器視覺(jué)開(kāi)始檢測(cè)，如果機(jī)器視覺(jué)發(fā)現(xiàn)第1主軸承蓋邊緣不是系統(tǒng)設(shè)定的第1主軸承形狀，或者后續(xù)的第2主軸承蓋邊緣不是系統(tǒng)設(shè)定的第2主軸承形狀到第5主軸承蓋邊緣不是系統(tǒng)設(shè)定的第5主軸承形狀都將觸發(fā)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)報(bào)警，并通知人工去挑揀不合格的產(chǎn)品，否則機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)控制系統(tǒng)把發(fā)動(dòng)機(jī)送到下一個(gè)工位。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章詳細(xì)介紹了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的原理，以及系統(tǒng)檢測(cè)原理的分析。文章重點(diǎn)討論了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在汽車檢測(cè)中的具體使用，如對(duì)工件表面缺陷的檢測(cè)，活塞在缸體內(nèi)的裝配以及主軸承蓋在缸體上的裝配等。希望通過(guò)該技術(shù)的介紹，幫助用戶更好的使用該技術(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：張洪峰（1986，10-），男，籍貫：浙江杭州，學(xué)位：學(xué)士，學(xué)歷：本科，研究方向：自動(dòng)化，現(xiàn)在所在單位：麥格納光能汽車飾件系統(tǒng)（杭州）有限公司。