一種基于機器視覺的螺絲定位檢測方法

范娟 陳爽

摘 要：文章提出了一種基于機器視覺技術(shù)的螺絲定位檢測方法，首先通過機器視覺對目標對象進行三維建模，然后使用可變形模版匹配算法進行螺絲定位。實驗結(jié)果表明，使用本文提出的方法可以實現(xiàn)螺絲位置的精確定位，并能準確判斷螺絲類型和槽型方向。

關(guān)鍵詞：機器視覺;螺絲;定位;模版匹配

中圖分類號：TN911.22文獻標識碼：A

1 緒論

機器視覺[1]可以把目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，通過對這些信號運行各種處理運算來得到目標的特征。在一些危險工作環(huán)境或需要工人長時間重復(fù)勞動的場合，尤其適合用機器視覺來替代人工檢測。機器視覺的應(yīng)用場景很廣泛，本文研究如何把機器視覺應(yīng)用[2]于螺絲定位和檢測系統(tǒng)，可以與機器人協(xié)同工作，實現(xiàn)機器人自動擰螺絲的工作。

2 螺絲的定位檢測方法

當(dāng)檢測目標不存在反光區(qū)域時，可以采用基于機器視覺的螺絲孔定位及螺絲檢測方案。為了能夠準確的檢測螺絲孔的位置和判斷螺絲種類，采用粗定位和精定位相結(jié)合的方案。

2.1 基于機器視覺的螺絲位置粗定位

首先，使用激光線掃描輔助視覺三維建模來對掃描對象進行三維建模，對于檢測區(qū)域內(nèi)的螺絲位置進行粗定位，螺絲位置信息包括螺絲中心位置的三維信息（X，Y，Z）和垂直于螺絲表面的向量方向（A，B，C）。

在目標鋼板上有多個螺絲孔，工業(yè)相機和線激光發(fā)生器的相對位置固定，使用運動系統(tǒng)沿著激光線橫向方向移動，激光線在目標鋼板表面掃描，工業(yè)相機在此過程中進行高速拍照。激光線掃描過程中，未掃描到螺絲孔時，激光線成一條直線，并且中間無中斷.當(dāng)激光線掃描到螺絲孔時，激光線會發(fā)生斷裂。

圖1是螺絲與螺絲孔三種不同相對位置時的激光線掃描情況，當(dāng)激光線掃描到螺絲時，激光線會發(fā)生斷裂或彎曲。通過以上分析可以看到，通過激光線掃描輔助三維建模能夠獲得目標物體的三維位置信息，通過在掃描過程中激光線的斷裂或彎曲情況可以判斷是否有螺絲孔，并且獲得螺絲所處位置的三維信息。

2.2 基于機器視覺的螺絲位置精定位和螺絲類型匹配

為了能夠?qū)β萁z位置進行更精確的定位，可以通過機器人夾持相機來進行精確定位。精定位情況如圖2所示。精確定位時，工業(yè)相機到螺絲的相對距離為一個固定值，這樣可以確保不同尺寸螺絲成像后的圖像大小與原有尺寸成正比，然后采用可變形模版匹配算法[3]來進行螺絲位置的精確定位，并實現(xiàn)螺絲類型、槽型（一字、十字、內(nèi)六角等）方向的匹配。

3 性能分析

使用本文所述方法對大量鋼板上的螺絲進行定位檢測測試，測試在不同光照和工廠情況下的性能。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，在自然光或較暗光線情況下，螺絲定位精度能夠達到0.1mm，螺絲類型檢測成功率為100%，槽型檢測成功率100%，槽型方向檢測誤差在0.2度;在強光照射或周圍有強光干擾時，螺絲定位精度能夠達到0.18mm，螺絲類型檢測成功率為73%，槽型檢測成功率84%，槽型方向檢測誤差在0.7度。

從以上測試結(jié)果可以看到，只要能夠保證測試沒有搶光照射和沒有強光干擾，基于機器視覺的螺絲定位檢測的穩(wěn)定度較高、檢測精度足夠滿足機器人自動擰螺絲的需求。

4 結(jié)語

本文所述檢測方法僅限于沒有放光區(qū)域的螺絲定位檢測，如果目標物體有反光區(qū)域，則無法使用檢測視覺進行定位檢測。

參考文獻：

[1]段峰，王耀南，雷曉峰，等.機器視覺技術(shù)及其應(yīng)用綜述[J].自動化博覽，2002，19（3）：59-61.

[2]唐向陽，張勇，李江有，等.機器視覺關(guān)鍵技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用展望[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報（理工版），2004，29（2）：36-39.

[3]余承健，倪進飛，蘇創(chuàng)千.基于可變模板匹配的球化珠光體檢測[J].電腦知識與技術(shù)，2009，5（8）：2026-2028.

作者簡介：范娟（1982-），女，漢族，四川德陽人，碩士，實驗師，主要從事控制工程以及機器視覺研究工作。