基于機(jī)器視覺的汽車減震盤缺陷檢測系統(tǒng)開發(fā)

包挺　唐霞　王莉莉

摘 要：開發(fā)了基于機(jī)器視覺的汽車減震盤缺陷檢測系統(tǒng)，通過分析減震盤缺陷等特征信息，研究了檢測系統(tǒng)的硬件參數(shù)、相機(jī)標(biāo)定、圖像處理等，并給出了基于康耐視視覺檢測軟件的程序開發(fā)思路，最后驗(yàn)證了檢測系統(tǒng)的效果。

關(guān)鍵詞：減震盤缺陷；硬件配置；軟件開發(fā)；驗(yàn)證

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.001

0 引言

減震盤是汽車使用過程中的易損配件，減震器工作好壞，將直接影響汽車行駛平穩(wěn)性和其它機(jī)件的壽命。減震盤由減震盤殼體和減震彈簧構(gòu)成。通常情況下，減震盤里面會(huì)包含多種彈簧，由于現(xiàn)代工廠供應(yīng)的汽車品牌有多種汽車型號(hào)，對(duì)應(yīng)的減震盤有不同的設(shè)計(jì)，彈簧的多少、分布，直接影響汽車的減震性能，由誤判或漏判造成的殘缺工件若流向市場，將造成很大的后果。中國制造2015以來，機(jī)器視覺越來越多地代替人類視覺，可以檢測調(diào)速離合器車減震盤上大小彈簧和彈簧端蓋的有無、數(shù)量、漏裝以及裝配的質(zhì)量，自動(dòng)剔除不合格的產(chǎn)品。相對(duì)于人工檢測，檢測精度和速度有了明顯的改善，大大降低了不合格產(chǎn)品流入下一道工序。

1 汽車減震盤視覺檢測設(shè)備檢測系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)備功能需求

設(shè)備分為入料區(qū)、出料區(qū)、按鈕控制區(qū)、顯示區(qū)，其工作流程如圖1所示。在Loading位置放上待檢測的減震盤后，通過氣動(dòng)夾爪將其撐緊后由送料電機(jī)將待檢測品送至相機(jī)檢測區(qū)域，由相機(jī)檢測判斷產(chǎn)品是否合格，然后通過移料電機(jī)將合格品運(yùn)送至OK位；將不合格品送至NG位。并由出料頂升氣缸將減震盤從移料架上輸出。

1.2 視覺檢測系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)涉及的檢測工件如圖2所示。針對(duì)汽車離合器減震盤質(zhì)量控制問題，檢測調(diào)速離合器車減震盤上大小彈簧和彈簧端蓋的有無、數(shù)量、漏裝以及裝配的質(zhì)量，包括八個(gè)大彈簧內(nèi)圈，四個(gè)小彈簧、六個(gè)堵頭、分左右、八個(gè)鉚釘，從而自動(dòng)剔除不合格的產(chǎn)品，待檢測的產(chǎn)品外形如圖2所示。

檢測流程為：找定位特征PLC控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，一邊旋轉(zhuǎn)一邊拍照，當(dāng)相機(jī)找到定位特征后，反饋一個(gè)信號(hào)給PLC，PLC接收到信號(hào)立即停止旋轉(zhuǎn)。接著PLC給相機(jī)拍照信號(hào)，第一次拍照發(fā)字符串“1”，注意拍照前先給字符串，再去拍照。“1”用來激活相機(jī)的第一次拍照程序。緊接著2、3、4、5、6、7、8。每次拍照都旋轉(zhuǎn)固定的角度。依次順序?yàn)椋盒D(zhuǎn)角度確定、發(fā)字符串“1”到相機(jī)、觸發(fā)相機(jī)拍照、相機(jī)拍照后儲(chǔ)存拍照狀態(tài)、電機(jī)旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)角度確定到位等。檢測思路如圖3所示。

本設(shè)計(jì)采用基于機(jī)器視覺技術(shù)的缺陷檢測方法，即利用圖像處理和分析對(duì)產(chǎn)品可能存在的缺陷進(jìn)行檢測，缺陷件的圖像表現(xiàn)為缺陷處的灰度值與標(biāo)準(zhǔn)圖像在此處的灰度值有差異。運(yùn)用康耐視集成系統(tǒng)工具，先提取標(biāo)準(zhǔn)圖像的灰度值，再將提取缺陷圖像的特征，將兩者進(jìn)行比較，判斷其差值是否超出預(yù)先設(shè)定的閾值范圍，并由此判斷待檢測工件時(shí)候存在缺陷。具體操作思路為：把減震盤彈簧分八次檢查，檢測內(nèi)容包括大小彈簧的有無、左右堵頭的有無、鉚釘?shù)挠袩o等，類似擬合了一個(gè)完整的工件。通過高端集成的定位工具，準(zhǔn)確找到目標(biāo)特征，從何給檢測斑點(diǎn)的Blob工具的準(zhǔn)確適用奠定了基礎(chǔ)。運(yùn)用條燈45°打光方式將彈簧特征準(zhǔn)確反射到感光芯片上。

2 汽車減震盤視覺檢測裝置檢測系統(tǒng)的硬件配置

典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)一般是由光源、光學(xué)鏡頭、攝像機(jī)、傳感器、圖像分析處理軟件、通訊接口等部分組成的。機(jī)器視覺基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖4。

其工作過程為：通過內(nèi)含的2/3-inch CCD傳感器采集高質(zhì)量現(xiàn)場圖像，內(nèi)嵌數(shù)字圖像處理（DSP）芯片，能脫離 PC 機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)算處理，PLC在接收到相機(jī)的圖像處理結(jié)果后，進(jìn)行動(dòng)作輸出。

本項(xiàng)目光源選擇條形光，通過條形光將待測物件表面打亮；相機(jī)選擇300萬像素的，視野范圍在50MM以內(nèi)。鏡頭選擇35毫米鏡頭。具體架設(shè)方案見圖5。

相機(jī)放置在工件正上方，由條形燈打光，相機(jī)分辨率為2448*2048，相機(jī)工作距離307mm，整體框架可伸縮±20mm，視野為160mm，焦距為16mm。在連接相機(jī)、下載工程時(shí)用交叉網(wǎng)線連接相機(jī)與電腦，在觸摸屏上顯示圖像時(shí)用交叉網(wǎng)線連接相機(jī)與觸摸屏，硬件連接框圖如圖6。

3 汽車減震盤缺陷識(shí)別系統(tǒng)的視覺程序開發(fā)

汽車減震盤缺陷識(shí)別系統(tǒng)的視覺程序開發(fā)如圖7所示。

本文運(yùn)用康耐視集成系統(tǒng)工具In-Sight智能檢測軟件，以“減震盤大彈簧有無檢測與通訊”為例，其具體檢測步驟如下：

第1步：選擇待處理的圖像，單擊顯示電子表格視圖；點(diǎn)擊“選擇板”—函數(shù)—視覺工具—斑點(diǎn)—ExtractBlobs；雙擊ExtractBlobs，出現(xiàn)設(shè)置斑點(diǎn)屬性，雙擊“區(qū)域”，選擇“大彈簧”區(qū)域，如圖8所示；修改“要排序的數(shù)量”為“50”，取消選中邊界斑點(diǎn)，“顏色：斑點(diǎn)”設(shè)置為“白色”，“顏色：背景”設(shè)置為“黑色”，“區(qū)域限制：最小”改為“500”，單擊“黑色”；

第2步：在A13單元格內(nèi)，輸入GetNFound（A12），回車，在A13內(nèi)顯示斑點(diǎn)的個(gè)數(shù)； 在A10單元格內(nèi)輸入“檢測1判斷大彈簧是否存在”，見圖9；在A23單元格內(nèi)輸入“If（A13）4，“有”，“無””；在A24單元格內(nèi)輸入“plotpoint”，回車，出現(xiàn)“屬性頁”，雙擊名稱選擇A23，雙擊顏色選擇為；在A25單元格輸入“editpoint”，出現(xiàn)屬性頁，點(diǎn)擊“確定”；在A24單元格內(nèi)輸入“plotpoint B25，C25，A23，8，1”回車，圖像上顯示“檢測出有無”，如圖10所示；

第3步：在A30單元格輸入“存儲(chǔ)發(fā)送數(shù)據(jù)”，在G30單元格輸入“建立連接”，在A35單元格輸入“接受數(shù)據(jù)緩存區(qū)”，在G35單元格輸入“接受建立連接”，在K35單元格輸入“取數(shù)據(jù)”；在A31單元格輸入“formatstring”，點(diǎn)擊確定；在A27單元格內(nèi)輸入“If（A13）4，11，12”，雙擊A31，點(diǎn)擊添加，點(diǎn)擊A27，點(diǎn)擊確定；單擊G31，選擇板—函數(shù)—雙擊writeresultsbuffer，雙擊“緩沖區(qū)”，選擇A31，單擊確定，結(jié)果碼設(shè)置為-1，協(xié)議設(shè)置為PROFINET；在A36單元格內(nèi)輸入formatstring，點(diǎn)擊“添加”，“數(shù)據(jù)類型”設(shè)置為“16位整數(shù)”，點(diǎn)擊“添加”，點(diǎn)擊確定；在G36單元格內(nèi)輸入“readuserbuffer”，緩沖區(qū)選擇A36，協(xié)議選擇為PROFINET，點(diǎn)擊確定；在K36單元格輸入“Getbufferdata（G36，1）”，回車，完成通訊。

通訊切換程序的流程為：“Set Offline”置1，相機(jī)離線set offline置1；程序號(hào)寫入到“Command Control input ”一般為qw；Execute Command 置1，然后置0；相機(jī)離線set offline置0。其檢測軟件測參數(shù)與PLC通訊思路見圖11。

4 結(jié)束語

本課題完成了檢測設(shè)備的機(jī)器視覺系統(tǒng)的硬件構(gòu)建和程序開發(fā)，對(duì)汽車減震盤的主要缺陷進(jìn)行研究，以大彈簧的有無及視覺和PLC部分的通訊為例，闡述了項(xiàng)目實(shí)施的主要思路等。研究的檢測系統(tǒng)能高精度測量及準(zhǔn)確的缺陷判斷，滿足企業(yè)的檢測要求，目前已在南京某公司投放使用。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡江濤.基于機(jī)器視覺的飛機(jī)鉚釘尺寸測量和缺陷檢測系統(tǒng)的研究[D].2017（05）.

[2]吳滎滎.基于機(jī)器視覺的零部件質(zhì)量檢測研究[D].2017（06）.

作者簡介：包挺（1996-），男，安徽人，大專，研究方向：機(jī)電一體化。