視覺(jué)測(cè)量技術(shù)在汽車(chē)零部件檢測(cè)系統(tǒng)中的運(yùn)用研究

劉江 廣東利元亨智能裝備股份有限公司

所謂視覺(jué)測(cè)量，實(shí)際上就是利用工業(yè)相機(jī)來(lái)取代人眼進(jìn)行定位、識(shí)別與測(cè)量。對(duì)于常規(guī)的視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)，它主要由光源、相機(jī)和鏡頭三部分工程，能直接替代人工進(jìn)行表面圖層檢查、條碼字符檢查和裂痕及包裝檢查，確認(rèn)是否保持完整和存在缺陷。通過(guò)對(duì)視覺(jué)測(cè)量的合理應(yīng)用，能從根本上提高對(duì)生產(chǎn)流水線進(jìn)行檢測(cè)時(shí)的精度與速度，從而極大的提高產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量，減少人工方面的成本，并避免由于人眼疲勞等人為因素造成誤判。

1 基于視覺(jué)測(cè)量的汽車(chē)零部件檢測(cè)流程分析

在過(guò)去的汽車(chē)零部件檢測(cè)工作中，需要由人工進(jìn)行測(cè)量，由于測(cè)量工作量大，所以效率很低，精度也很難保證；對(duì)此，可利用視覺(jué)測(cè)量技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題，它利用人類(lèi)視覺(jué)的方式測(cè)量和檢測(cè)汽車(chē)零部件，但能提高檢測(cè)效率，保證測(cè)量精度。為對(duì)視覺(jué)測(cè)量進(jìn)行有效應(yīng)用，應(yīng)在技術(shù)應(yīng)用正式開(kāi)始前，明確檢測(cè)工作目標(biāo)，然后開(kāi)始視覺(jué)測(cè)量，對(duì)伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行操控，使測(cè)量檢測(cè)進(jìn)入到清晰度最高和穩(wěn)定可靠的狀態(tài)，從而獲得一系列檢測(cè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的測(cè)量圖像，之后對(duì)圖像中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，把被測(cè)目標(biāo)特征和檢測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息結(jié)合到一起，同時(shí)將其排列至同一坐標(biāo)系當(dāng)中，為零部件實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程分析提供便利，并為檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行所有成效的提高奠定良好基礎(chǔ)。

2 基于視覺(jué)測(cè)量的汽車(chē)零部件檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

2.1 高精度

對(duì)于汽車(chē)零部件，它如同人體的器官與細(xì)胞，采用視覺(jué)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行零部件的檢查就如同采用醫(yī)療設(shè)備對(duì)人體進(jìn)行健康檢查，不論零部件是否存在質(zhì)量問(wèn)題和存在如何質(zhì)量問(wèn)題，均可以借助這項(xiàng)技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并將其反饋至檢測(cè)中心。能取得以上成效的關(guān)鍵就在于這項(xiàng)技術(shù)的精度可以達(dá)到納米級(jí)，這也是傳統(tǒng)人工檢測(cè)方式無(wú)法達(dá)到的，如肉眼不能觀察到的結(jié)構(gòu)及缺陷，都能在這項(xiàng)技術(shù)的支持下查看，進(jìn)而為零部件的分析和缺陷判斷與解決等提供準(zhǔn)確的參考借鑒。在視覺(jué)測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)對(duì)光電技術(shù)的引入和應(yīng)用，能進(jìn)一步提高測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性及測(cè)量過(guò)程的靈敏度，最終使零部件的檢測(cè)精度獲得最大限度的提升。

2.2 非接觸

當(dāng)采用人工對(duì)汽車(chē)零部件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，往往需要使用專(zhuān)門(mén)的工具或直接拿到手里來(lái)檢查測(cè)量，在這種情況下，必須要與檢測(cè)對(duì)象發(fā)生接觸，這樣會(huì)對(duì)測(cè)量和檢測(cè)的效果造成影響。而對(duì)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)而言，它根據(jù)光學(xué)測(cè)量基本原則，能在不與待測(cè)對(duì)象發(fā)生接觸的情況下執(zhí)行各項(xiàng)檢測(cè)任務(wù)，即與待測(cè)對(duì)象零接觸，這種非接觸的檢測(cè)與測(cè)量方式，能從根本上保證檢測(cè)質(zhì)量。

3 基于視覺(jué)測(cè)量的汽車(chē)零部件檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用

對(duì)視覺(jué)測(cè)量基本工作流程和在檢測(cè)中應(yīng)用具有的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析與研究后可以看出，這項(xiàng)技術(shù)在對(duì)汽車(chē)零部件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)應(yīng)用，除了能保證各類(lèi)零部件的實(shí)際檢測(cè)效率，還能將檢測(cè)及測(cè)量過(guò)程對(duì)零部件質(zhì)量造成的影響降至最低，使汽車(chē)制造和預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)均得到充分落實(shí)。在實(shí)際情況中，為充分發(fā)揮這項(xiàng)技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，首先需要做好系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)根系的實(shí)際應(yīng)用要求，結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)條件和資源水平等，制定最佳的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

（1）搭建視覺(jué)圖像處理技術(shù)平臺(tái)，對(duì)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)而言，它是將視覺(jué)圖像處理技術(shù)平臺(tái)作為核心的，基于此，在平臺(tái)的搭建過(guò)程中，首先應(yīng)確定適宜的處理器，同時(shí)結(jié)合當(dāng)前相關(guān)應(yīng)用軟件不斷發(fā)展的實(shí)際情況，和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間與相關(guān)程序進(jìn)行相互分離，以此保證這一平臺(tái)能夠穩(wěn)定且高效的持續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)保證系統(tǒng)實(shí)效性、通用性及可靠性的根本目標(biāo)，促使這一技術(shù)平臺(tái)可完成所有數(shù)據(jù)分析與處理任務(wù)，并應(yīng)能根據(jù)實(shí)際需求引入流水線等其它先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用后性能價(jià)格比的大幅提升。

（2）引入視覺(jué)測(cè)量技術(shù)后，能將通過(guò)視覺(jué)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綑z測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，由系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后獲得相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果及結(jié)論。從這一數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程可以看出，系統(tǒng)必須有數(shù)據(jù)通訊功能，以此滿(mǎn)足所有類(lèi)型汽車(chē)零部件測(cè)量及檢測(cè)要求。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可將CC-Lillk等視作通訊單元，借助其較強(qiáng)的抗干擾能力、諸多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、良好的實(shí)效性，能使視覺(jué)測(cè)量得到合理應(yīng)用，發(fā)揮最大化作用效果。

（3）在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)和汽車(chē)零部件的測(cè)量和檢測(cè)系統(tǒng)形成良好的對(duì)照關(guān)系，基于此，從視覺(jué)測(cè)量角度講，其需要的硬件應(yīng)可以滿(mǎn)足各類(lèi)應(yīng)用軟件實(shí)際運(yùn)行要求，包括存儲(chǔ)與電源模塊、DSP、通訊與視頻的編碼模塊和外圍連接電路等等，與系統(tǒng)的應(yīng)用軟件相同，系統(tǒng)硬件也應(yīng)定期進(jìn)行更新?lián)Q代，以保證系統(tǒng)硬件能夠滿(mǎn)足實(shí)際要求。

（4）視覺(jué)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可采用VisionPro聯(lián)合C#完成，包含400余種不同的函數(shù)、算法，與現(xiàn)在主流的C#開(kāi)發(fā)都相適應(yīng)。主要采用的是圖形化的程序編輯語(yǔ)言，人機(jī)界面簡(jiǎn)潔、良好。此外，它還擁有十分龐大的數(shù)據(jù)和函數(shù)庫(kù)，能極為輕松和快速的完成數(shù)據(jù)采集、分析和處理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性分析與臨時(shí)存儲(chǔ)。系統(tǒng)所得測(cè)試結(jié)果，不論格式如何都能被立即保存，并且還能對(duì)產(chǎn)品條碼進(jìn)行保存，對(duì)測(cè)試的時(shí)間、項(xiàng)目與結(jié)果予以顯示。當(dāng)客戶(hù)有需要時(shí)，還能對(duì)測(cè)試的圖片予以保存。而針對(duì)質(zhì)量較差的圖片，能準(zhǔn)確標(biāo)示其具體位置。測(cè)量結(jié)果的保存格式即可以是文本，也可以是報(bào)表的形式，此外也能上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行綜合管控。

在汽車(chē)齒輪減速器的裝配工藝過(guò)程中，需要將齒輪準(zhǔn)確定位安裝到減速器主體，利用VisionPro的模板匹配工具CogPMAlignTool可以依據(jù)穩(wěn)定的匹配特征準(zhǔn)確定位，比如抓取齒輪的齒形輪廓為模板特征，然后通過(guò)幾何特征查找工具進(jìn)行下一步的精確定位，可利用CogFindCircleTool查找圖像中圓形的中心作為機(jī)器人抓取定位的Mark點(diǎn)；同時(shí)需要CogFindLineTool工具查找圖像中穩(wěn)定的線的特征作為辨別齒輪的角度方向θ；在此初步完成視覺(jué)檢測(cè)定位初步方案；在測(cè)量運(yùn)用中，會(huì)大量運(yùn)用CogDistancePointPointTool幾何查找工具得到測(cè)量尺寸，從而保證生產(chǎn)零件的尺寸精度把控。

在六軸機(jī)器人與視覺(jué)系統(tǒng)配合定位中，需要通過(guò)坐標(biāo)系標(biāo)定轉(zhuǎn)換，把找到的像素坐標(biāo)標(biāo)定到六軸機(jī)器人的世界坐標(biāo)系中，則需要通過(guò)CogCalibNPointToNPointTool工具九點(diǎn)標(biāo)定，原理是將相機(jī)坐標(biāo)系中的9個(gè)像素點(diǎn)的U,V值對(duì)應(yīng)機(jī)器人世界坐標(biāo)系x,y中的點(diǎn)，進(jìn)行9組數(shù)據(jù)的矩陣的旋轉(zhuǎn)和平移計(jì)算得到的映射關(guān)系；在接下來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程中利用該轉(zhuǎn)換關(guān)系，即可引導(dǎo)機(jī)器人準(zhǔn)確抓取和放置。

（4）視覺(jué)系統(tǒng)在C#開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的軟件實(shí)現(xiàn)，則需要結(jié)合VisionPro強(qiáng)大的SDK接口實(shí)現(xiàn)；在最基礎(chǔ)的視覺(jué)系統(tǒng)中，需要在Visual Studio 開(kāi)發(fā)環(huán)境中完成軟件界面和運(yùn)行處理邏輯的實(shí)現(xiàn)，基礎(chǔ)的視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)具備圖像和數(shù)據(jù)的獲取，處理，存儲(chǔ)功能；友好的交互參數(shù)界面，應(yīng)具備仿真分析功能，以及與工業(yè)機(jī)器人和PLC或運(yùn)動(dòng)控制卡的通訊功能和運(yùn)行操作日志的查詢(xún)功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，視覺(jué)測(cè)量是當(dāng)前汽車(chē)零部件檢測(cè)的重要技術(shù)手段，它的應(yīng)用能大幅提高檢測(cè)效率，縮短檢測(cè)時(shí)間，節(jié)省人力，并減少出錯(cuò)，是一項(xiàng)值得大范圍推廣應(yīng)用的技術(shù)，應(yīng)引起相關(guān)技術(shù)人員及企業(yè)的高度重視。