視覺(jué)技術(shù)在鈑金檢測(cè)中的應(yīng)用

文／李利軍·無(wú)錫市創(chuàng)視新科技有限公司

視覺(jué)技術(shù)在鈑金檢測(cè)中的應(yīng)用

文／李利軍·無(wú)錫市創(chuàng)視新科技有限公司

視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

眾所周知，“視”是指眼睛可以看見(jiàn)事物，“覺(jué)”是指大腦能對(duì)所見(jiàn)事物進(jìn)行分析處理。視覺(jué)技術(shù)就是讓機(jī)器擁有視覺(jué)功能，并替代人眼來(lái)做判斷，它都是通過(guò)圖像采集和軟件處理這兩個(gè)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其具體應(yīng)用技術(shù)如圖1所示。

缺陷檢測(cè)

缺陷檢測(cè)廣泛應(yīng)用于金屬、電子、薄膜、無(wú)紡布、紙張等行業(yè)，主要用來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)品表面是否有劃痕、污點(diǎn)等不符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的瑕疵，是視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域。

視覺(jué)測(cè)量

視覺(jué)測(cè)量主要應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)。在理論上，視覺(jué)測(cè)量是很容易實(shí)現(xiàn)的。然而，在工業(yè)應(yīng)用方面，目前最主要的問(wèn)題在于如何保證測(cè)量的精度和穩(wěn)定性。

視覺(jué)引導(dǎo)

視覺(jué)引導(dǎo)廣泛應(yīng)用于機(jī)械手、機(jī)器人等行業(yè)，它是通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)機(jī)器位置坐標(biāo)進(jìn)行引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的準(zhǔn)確定位，目前，幾乎所有的機(jī)器人都需要機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的配合。

視覺(jué)識(shí)別

目前，視覺(jué)識(shí)別主要應(yīng)用在人臉識(shí)別、車(chē)牌識(shí)別等方面。

MVC視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)

現(xiàn)代鈑金制造業(yè)趨于多品種、小批量生產(chǎn)，這種加工方式對(duì)生產(chǎn)流程的管控提出了很大挑戰(zhàn)。鈑金件的小批量生產(chǎn)需要經(jīng)常對(duì)機(jī)床進(jìn)行調(diào)整，如激光切割機(jī)編程、模具更換等，頻繁的調(diào)整會(huì)給加工帶來(lái)偏差或錯(cuò)誤。如何保證各批次鈑金件的合格率，這就需要對(duì)每批次首件進(jìn)行檢測(cè)。首件不合格將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的批量報(bào)廢，給企業(yè)帶來(lái)材料、人工等浪費(fèi)。此外，大批量的鈑金件加工還需配合抽檢。

傳統(tǒng)鈑金檢測(cè)方法主要存在兩個(gè)問(wèn)題：一是檢測(cè)時(shí)間太長(zhǎng)，一些復(fù)雜的鈑金件其型孔就有幾十甚至上百個(gè)，再加上其他尺寸的檢測(cè)，人工測(cè)量往往要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，這也延長(zhǎng)了設(shè)備停機(jī)等待時(shí)間，而批次越多所造成的機(jī)器及人工浪費(fèi)就越嚴(yán)重；二是精度難以保證，檢測(cè)結(jié)果容易受人為因素的影響，如“測(cè)量從哪個(gè)點(diǎn)開(kāi)始”“測(cè)量基準(zhǔn)的選取方式”等，導(dǎo)致了不同人員的檢測(cè)結(jié)果存在差異，若管控不力將導(dǎo)致不合格品流入市場(chǎng)，給企業(yè)帶來(lái)不可估量的損失。

MVC鈑金視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，集光學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)于一體，專(zhuān)門(mén)用于鈑金檢測(cè)的精密測(cè)量?jī)x器。它有效解決了人工測(cè)量偏差和一次成像范圍測(cè)量精度的問(wèn)題，測(cè)量速度是傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器的10倍以上，大幅提高了測(cè)量效率和測(cè)量精度，消除了人為誤差，實(shí)現(xiàn)了鈑金檢測(cè)的智能化。

MVC鈑金檢測(cè)系統(tǒng)的使用非常簡(jiǎn)便，首先要將被測(cè)零件放置于測(cè)量平臺(tái)，通過(guò)拍照獲取零件輪廓，并與導(dǎo)入的CAD圖擬合，實(shí)現(xiàn)一鍵式測(cè)量，最后顯示檢測(cè)結(jié)果，零件的加工偏差、尺寸缺失等項(xiàng)目可直觀顯示，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程不到一分鐘。

在研發(fā)設(shè)計(jì)之初，MVC鈑金檢測(cè)系統(tǒng)就緊密結(jié)合鈑金加工行業(yè)特點(diǎn)，基于CAD軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)，使用戶(hù)可以直接導(dǎo)入被檢測(cè)鈑金件的CAD圖紙，并以此作為測(cè)量的基準(zhǔn)。圖紙規(guī)范以CAD軟件為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于因設(shè)計(jì)人員操作習(xí)慣導(dǎo)致的不規(guī)范圖紙，如多點(diǎn)、多線等情況，系統(tǒng)將自動(dòng)判斷識(shí)別。MVC系統(tǒng)設(shè)計(jì)有虛擬卡尺功能，可用于檢測(cè)部分重要尺寸，如測(cè)量?jī)蓚€(gè)圓之間的圓心距，只需點(diǎn)擊它們的圓周即可得出圓心距數(shù)據(jù)。對(duì)于超大零件，即超出檢測(cè)平臺(tái)范圍的鈑金件，系統(tǒng)采用兩次或多次拍照的方式獲取零件圖像，通過(guò)選擇基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行快速拼接測(cè)量，解決了鈑金件因超出測(cè)量范圍就無(wú)法檢測(cè)的問(wèn)題。逆向測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)樣品到圖像的快速轉(zhuǎn)換，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)等提供依據(jù)。MVC系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果可直觀顯示，對(duì)不同的尺寸偏差分別以不同顏色加以區(qū)分，檢測(cè)報(bào)表可實(shí)現(xiàn)輸出打印，便于用戶(hù)對(duì)每批次產(chǎn)品的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行存檔備案。

MVC系統(tǒng)的技術(shù)特色

取像頻閃

視覺(jué)測(cè)量技術(shù)的重點(diǎn)在于光電和圖像處理。光源為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)提供原始信息載體，是圖像采集的重要組成部分。光源照明效果直接影響后期的圖像處理，LED光源具有壽命長(zhǎng)、反應(yīng)速度快、無(wú)閃爍，以及形狀、顏色便于控制等優(yōu)點(diǎn)，保證了高質(zhì)量圖像輪廓的獲取，結(jié)合MVC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的取像頻閃技術(shù)，不僅節(jié)能環(huán)保，更延長(zhǎng)了LED光源的使用壽命。

增加材質(zhì)修正功能

考慮到鈑金件會(huì)使用不銹鋼、銅板、鋁板等材質(zhì)，而不同材質(zhì)的感光系數(shù)又不盡相同，特別是陰影反光會(huì)對(duì)成像系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生微小影響，為了保證檢測(cè)結(jié)果的精度，MVC系統(tǒng)圖像算法增加了多種材質(zhì)的系數(shù)修正功能，減小了零件因材質(zhì)不同而帶來(lái)的尺寸偏差。

采用高精密標(biāo)準(zhǔn)玻璃標(biāo)定板

標(biāo)定板是機(jī)器視覺(jué)、圖像測(cè)量、攝影測(cè)量、三維重建等的關(guān)鍵工具，主要作用是校正鏡頭畸變、確定物理尺寸和像素間的換算關(guān)系，以及確定物體表面某點(diǎn)的空間位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系。通過(guò)相機(jī)拍攝帶有實(shí)心圓陣列標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定板，經(jīng)過(guò)標(biāo)定算法的計(jì)算，可以得出相機(jī)的幾何模型，從而得到高精度的測(cè)量和重建結(jié)果。傳統(tǒng)的標(biāo)定采用菲林標(biāo)定板，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，但不容易保存，在使用過(guò)程中常因材質(zhì)不平整等因素導(dǎo)致畸變。玻璃標(biāo)定板雖然價(jià)格昂貴，但其不受材質(zhì)因素影響，采用實(shí)心圓陣列圖案CG-100-D，配合圖像軟件算法，保證了視覺(jué)測(cè)量的精度。

采用分區(qū)域校準(zhǔn)枕形、桶形畸變

由于拍攝視野較大，特別是視野邊緣處，如桶形和枕形畸變會(huì)對(duì)測(cè)量精度存在微小影響。為校正鏡頭畸變，確保物理尺寸和像素間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，特別采用分區(qū)域畸變校準(zhǔn)方式。

采用雙臂立式結(jié)構(gòu)

設(shè)備采用雙臂立式結(jié)構(gòu)，成像系統(tǒng)位于測(cè)量平臺(tái)上方，橫梁雙臂與工作臺(tái)緊密結(jié)合，整個(gè)設(shè)備不會(huì)受外部振動(dòng)等因素影響，非常適合放置車(chē)間配合機(jī)床使用。

鈑金行業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)中的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)作為工業(yè)現(xiàn)代化不可或缺的技術(shù)力量，將迎來(lái)更大的機(jī)遇，鈑金視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)作為機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用典范，為鈑金行業(yè)乃至整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展提供了有力支撐。