基于機(jī)器視覺(jué)汽車輪轂尺寸自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的研究

劉濤，羅聿斌，董寧，應(yīng)慧娟

（金華市計(jì)量質(zhì)量科學(xué)研究院，浙江 金華 321000）

汽車輪轂是汽車零部件的一個(gè)重要組成部分，伴隨著中國(guó)汽車零部件工業(yè)的成長(zhǎng)，輪轂行業(yè)逐漸發(fā)展壯大。自動(dòng)化生產(chǎn)的零件在加工后對(duì)其尺寸的測(cè)量自動(dòng)化，就顯得非常迫切。對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，一個(gè)輪轂尺寸測(cè)量需要幾個(gè)測(cè)量工具同時(shí)進(jìn)行，測(cè)量效率較低，操作不方便。目前通過(guò)高精度檢測(cè)相機(jī)來(lái)測(cè)量一些產(chǎn)品的技術(shù)較為成熟，如高精度工業(yè)相機(jī)中的高清測(cè)量相機(jī)，在其他領(lǐng)域應(yīng)用的較為成熟。為提高檢測(cè)效率以及降低企業(yè)檢測(cè)成本，研制出一種用于檢測(cè)汽車輪轂尺寸參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，依據(jù)企業(yè)對(duì)汽車輪轂尺寸參數(shù)的要求，通過(guò)工業(yè)相機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)輪轂圖像的標(biāo)定與測(cè)量，完成對(duì)輪轂中心孔和PCD 節(jié)圓的自動(dòng)化測(cè)量。

1 系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)

基于測(cè)試需求，設(shè)計(jì)了輪轂尺寸全自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)原理如圖1 所示，系統(tǒng)主要由中心定位模塊，圖像采集處理模塊組成。定位模塊主要由定位相機(jī)，二維運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)組成。圖像采集模塊由高精度圖像采集相機(jī)，計(jì)算機(jī)組成。

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)流程圖

測(cè)量時(shí)，將被測(cè)輪轂放置于輸送帶上，然后經(jīng)過(guò)固定架時(shí)，由定位相機(jī)檢測(cè)到汽車輪轂的位置坐標(biāo)并反饋信號(hào)給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)控制傳送帶停止運(yùn)行，并控制第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，控制活動(dòng)架沿著第一絲桿移動(dòng)，使高精度檢測(cè)相機(jī)移動(dòng)到汽車輪轂的橫向?qū)ΨQ線上，控制主機(jī)控制第一電機(jī)停止運(yùn)行，接著控制主機(jī)控制第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滑座帶動(dòng)高精度檢測(cè)相機(jī)沿著第二絲桿移動(dòng)直到高精度檢測(cè)相機(jī)移動(dòng)到汽車輪轂中間位置的正上方，此時(shí)計(jì)算機(jī)控制第二電機(jī)停止工作并控制高精度檢測(cè)相機(jī)對(duì)汽車輪轂進(jìn)行拍攝，并傳遞給計(jì)算機(jī)圖像處理模塊，根據(jù)特征點(diǎn)的采集，對(duì)汽車輪轂相應(yīng)的尺寸參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件方案設(shè)計(jì)原理如圖2 所示，為了消除相機(jī)鏡頭在拍攝過(guò)程中產(chǎn)生的畸變，主要分為中心孔標(biāo)定和數(shù)據(jù)采集兩部分組成。系統(tǒng)先由定位相機(jī)提供輪轂的位置圖像，獲取的輪轂照片經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理，獲取標(biāo)定點(diǎn)的位置，伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制測(cè)量相機(jī)于輪轂正上方的位置并獲取輪轂的尺寸圖像，經(jīng)過(guò)圖像處理，特征提取，以及數(shù)據(jù)擬合，獲取輪轂的尺寸數(shù)據(jù)。

圖2 系統(tǒng)軟件原理圖

3 定位與測(cè)量算法

定位系統(tǒng)流程圖如圖3 所示，主要通過(guò)定位相機(jī)獲取輪轂中心孔的位置，系統(tǒng)通過(guò)相機(jī)采集輪轂整體的灰度圖像，由于環(huán)境環(huán)境中存在各種噪聲，采用高斯濾波平滑圖像，圖像濾波后，將圖像進(jìn)行二值化，將背景設(shè)置為白色，輪轂變成黑色圖像。采用基于最大類間方差法的全局自動(dòng)閾值方法，獲取輪轂中心孔的圖像，由于Canny 算子邊緣檢測(cè)方法不易受到噪聲干擾，采用Canny 算子進(jìn)行邊緣提取，通過(guò)最小二乘法擬合中心孔圓，根據(jù)獲取圓心的坐標(biāo)位置，將測(cè)量相機(jī)移動(dòng)至輪轂中心孔正上方。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

在測(cè)量相機(jī)移動(dòng)至待測(cè)量的位置后，完成輪轂的PCD 孔的圖像采集，測(cè)量算法由于同樣是完成對(duì)圓的測(cè)量，算法與定位算法相同，獲取多個(gè)PCD 孔的圓心數(shù)據(jù)，可計(jì)算出PCD孔的節(jié)圓直徑。

4 結(jié)果分析

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)用性，對(duì)輪轂PCD 直徑為120mm 和115mm 兩種類型的輪轂進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)于PCD直徑為120 的測(cè)量結(jié)果為120.03。對(duì)于PCD 直徑為115 的測(cè)量結(jié)果為115.04。結(jié)果表明該系統(tǒng)能準(zhǔn)確測(cè)量輪轂的PCD 直徑數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了基于機(jī)器視覺(jué)的輪轂尺寸自動(dòng)化測(cè)量裝置，裝置采用了工業(yè)相機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)輪轂中心孔的定位以及尺寸的測(cè)量，并對(duì)其中檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和軟件設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了闡述，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，該裝置能較好完成企業(yè)的尺寸測(cè)量要求。在后續(xù)的研究中，本裝置將針對(duì)更多輪轂其它尺寸完成自動(dòng)化檢測(cè)。