1 前言
汽車(chē)零部件作為汽車(chē)工業(yè)的基礎(chǔ)，是支撐汽車(chē)工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的必要因素。當(dāng)前汽車(chē)行業(yè)正在轟轟烈烈、如火如荼地開(kāi)展自主開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，更需要一個(gè)強(qiáng)大的零部件體系作支撐，接踵而至的是汽車(chē)零部件的安全性、可靠性等問(wèn)題——汽車(chē)零部件尺寸檢測(cè)成為必不可少的選擇。
目前市面上對(duì)于汽車(chē)零件的測(cè)量方法有很多種，但從檢測(cè)效率及檢測(cè)精度方面綜合考慮，基于機(jī)器視覺(jué)的測(cè)量方式以其便捷而精確得檢測(cè)優(yōu)勢(shì)越來(lái)越多的被廣大零部件制造廠(chǎng)商所青睞。
臺(tái)達(dá)DMV 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，具有高速精準(zhǔn)、多任務(wù)運(yùn)算處理能力和智能型、人性化的操作接口，可廣泛應(yīng)用于食品、飲料、醫(yī)藥及包裝等行業(yè)的識(shí)別確認(rèn)、坐標(biāo)定位、測(cè)量計(jì)數(shù)、瑕疵檢測(cè)等領(lǐng)域。
本方案中，客戶(hù)需要測(cè)量汽車(chē)上某一零部件的幾項(xiàng)尺寸參數(shù)，如圖1所示。
圖1所需測(cè)量尺寸
2 具體檢測(cè)要求
機(jī)器視覺(jué)需要檢測(cè)出圖1零件中紅色標(biāo)出的尺寸大小——左右針高度，同時(shí)檢測(cè)兩條PIN的位置度和垂直度；其中位置度是通過(guò)測(cè)量左右兩個(gè)PIN腳與標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量得出，測(cè)量精度為0.2mm。
根據(jù)客戶(hù)提出的要求，綜合考慮各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，需要兩臺(tái)相機(jī)分別從兩個(gè)方向“觀看”才能全部檢測(cè)，因此整體方案需要一套臺(tái)達(dá)一拖二DMV機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及相機(jī)安裝圖
圖3系統(tǒng)整體方案圖
如圖3所示，下方的相機(jī)用于檢測(cè)零件的垂直度和左右針的高度，上方的相機(jī)用于檢測(cè)零件的位置度（即兩PIN腳的位置與標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量）。
3 檢測(cè)原理
圖3中，下方相機(jī)通過(guò)環(huán)形上光源對(duì)零件的PIN照射，因零件兩個(gè)PIN腳頂部比較圓滑，所以經(jīng)光源照射后會(huì)呈現(xiàn)兩個(gè)亮點(diǎn)（如圖4），然后從DMV控制器算法庫(kù)里選用“斑點(diǎn)”工具對(duì)兩個(gè)亮點(diǎn)的位置分別進(jìn)行分析，使得到的兩個(gè)坐標(biāo)值與標(biāo)準(zhǔn)位置坐標(biāo)值相比較計(jì)算出兩個(gè)PIN腳的偏移量DL、DR，即為位置度。
圖4 下方相機(jī)拍攝效果圖
圖3中，上方相機(jī)通過(guò)背光打光將零件輪廓清晰顯現(xiàn)，再選用“邊緣位置”工具提取各個(gè)特征點(diǎn)，通過(guò)函數(shù)計(jì)算左右針的高度H-L、H-R，如圖5。
圖5 左右針高度圖示
4 檢測(cè)方案分析
由于本案屬于高精度尺寸測(cè)量，因此在每次正式測(cè)量前需先對(duì)設(shè)備進(jìn)行校正，即DMV首先運(yùn)行校正程序（操作工手動(dòng)操作），對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣件（尺寸最標(biāo)準(zhǔn)的樣件）進(jìn)行拍照取像，將計(jì)算分析得出的參數(shù)存入DMV檢測(cè)系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)檢測(cè)精度。
4.1 校正程序
主要目的是計(jì)算像素與實(shí)際尺寸的比例關(guān)系，同時(shí)也會(huì)把標(biāo)準(zhǔn)樣件左右針的坐標(biāo)值存入內(nèi)存，作為后面檢測(cè)程序計(jì)算的參考點(diǎn)。
運(yùn)行校正程序，獲取標(biāo)準(zhǔn)樣件截圖如圖6所示。
圖6 標(biāo)準(zhǔn)樣件截圖
圖6中，因相機(jī)拍到的照片是以像素Pixle為計(jì)量單位，而不是現(xiàn)實(shí)中以毫米為計(jì)量單位，因此需要校正程序?qū)烧哌M(jìn)行轉(zhuǎn)化，計(jì)算比例關(guān)系K值。（注：因本案中上方相機(jī)和下方相機(jī)視野大小不同，所以比例關(guān)系K值也會(huì)不同。）
K計(jì)算公式如下：K值=被測(cè)物實(shí)際尺寸（mm）/相機(jī)測(cè)得像素?cái)?shù)（Pixle）。
根據(jù)兩個(gè)相機(jī)測(cè)得像素值與零件實(shí)際尺寸的比例關(guān)系，K1、K2值計(jì)算結(jié)果如下：
K1=16.72mm/452pixel=0.03mm/pixle(一個(gè)像素值代表0.03mm)；
K2=2.54mm/278pixel=0.01mm/pixle(一個(gè)像素值代表0.01mm)；
在本方案中，校正程序同時(shí)會(huì)將標(biāo)準(zhǔn)件左右針的標(biāo)準(zhǔn)位置坐標(biāo)值（X1,Y1）、（X2,Y2）存入DMV內(nèi)存，以作為后面位置度計(jì)算的參考點(diǎn)。
4.2 檢測(cè)程序
系統(tǒng)校正完畢，運(yùn)行檢測(cè)程序開(kāi)始檢測(cè)。
圖7 檢測(cè)程序運(yùn)行相機(jī)截圖
首先，下方相機(jī)確定PIN腳的偏移量，通過(guò)DMV函數(shù)庫(kù)中“DIST（）”函數(shù)分別計(jì)算左右兩PIN腳與標(biāo)準(zhǔn)位置點(diǎn)的偏差：DL= DIST（X1，Y1，X1＇，Y1＇）/ K1，DR= DIST（X2，Y2，X2＇，Y2＇）/ K2，然后根據(jù)上方相機(jī)計(jì)算左右針高度。
4.3 驗(yàn)收數(shù)據(jù)
通過(guò)以下10組驗(yàn)收數(shù)據(jù)分析DMV的測(cè)量精度，得出該方案完全可以滿(mǎn)足客戶(hù)要求的0.2mm的檢測(cè)精度，DMV實(shí)際測(cè)量誤差只有0.02mm。
表1 驗(yàn)收數(shù)據(jù) (單位：mm)
表2 系統(tǒng)配置表
名稱(chēng) | 說(shuō)明 | 型號(hào) |
視覺(jué)控制器 | 機(jī)器視覺(jué)控制器(控制器單機(jī)) | DMV1000-80GXC |
相機(jī) | 80萬(wàn)像素1394型相機(jī)，配相機(jī)線(xiàn)纜 | DMV-CD80GS |
操作器 | 手持操作編程器 | DMV1000-KEY |
相機(jī)線(xiàn)纜 | 1394相機(jī)線(xiàn)纜 | DMV-CA45 |
鏡頭 | 50mm百萬(wàn)像素鏡頭 | DMV-LN50MC |
鏡頭配件 | 35mm百萬(wàn)像素鏡頭 | DMV-LN35MC |
鏡頭配件 | 鏡頭轉(zhuǎn)接環(huán) | DMV-VM100 |
光源控制器 | 12V頻閃光源控制器輸出 | DMV-STB01 |
光源 | 12V藍(lán)色條形光源 | DMV-LDBR060017A |
光源 | 12V紅色環(huán)形光源 | DMV-LIBR070035A |
光源 | 12V紅色背光源 | DMV-LIBR060060A |
5 結(jié)束語(yǔ)
在零部件尺寸測(cè)量的應(yīng)用領(lǐng)域中，臺(tái)達(dá)DMV視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)為一些追求高效、高品質(zhì)的生產(chǎn)廠(chǎng)商提供了最優(yōu)質(zhì)的檢測(cè)方案，滿(mǎn)足了客戶(hù)更高速、更便捷、更精準(zhǔn)的測(cè)量需要，解決制造業(yè)發(fā)展中又一個(gè)瓶頸技術(shù)。
