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 1  前言

汽車零部件作為汽車工業(yè)的基礎(chǔ)，是支撐汽車工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的必要因素。當(dāng)前汽車行業(yè)正在轟轟烈烈、如火如荼地開展自主開發(fā)與創(chuàng)新，更需要一個強(qiáng)大的零部件體系作支撐，接踵而至的是汽車零部件的安全性、可靠性等問題——汽車零部件尺寸檢測成為必不可少的選擇。

目前市面上對于汽車零件的測量方法有很多種，但從檢測效率及檢測精度方面綜合考慮，基于機(jī)器視覺的測量方式以其便捷而精確得檢測優(yōu)勢越來越多的被廣大零部件制造廠商所青睞。

臺達(dá)DMV 機(jī)器視覺系統(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)的識別確認(rèn)、坐標(biāo)定位、測量計(jì)數(shù)、瑕疵檢測等領(lǐng)域。

本方案中，客戶需要測量汽車上某一零部件的幾項(xiàng)尺寸參數(shù)，如圖1所示。

圖1所需測量尺寸

2  具體檢測要求

機(jī)器視覺需要檢測出圖1零件中紅色標(biāo)出的尺寸大小——左右針高度，同時檢測兩條PIN的位置度和垂直度；其中位置度是通過測量左右兩個PIN腳與標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量得出，測量精度為0.2mm。

根據(jù)客戶提出的要求，綜合考慮各個檢測點(diǎn)，需要兩臺相機(jī)分別從兩個方向“觀看”才能全部檢測，因此整體方案需要一套臺達(dá)一拖二DMV機(jī)器視覺系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

圖2 現(xiàn)場設(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)用于檢測零件的垂直度和左右針的高度，上方的相機(jī)用于檢測零件的位置度（即兩PIN腳的位置與標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量）。

3  檢測原理

圖3中，下方相機(jī)通過環(huán)形上光源對零件的PIN照射，因零件兩個PIN腳頂部比較圓滑，所以經(jīng)光源照射后會呈現(xiàn)兩個亮點(diǎn)（如圖4），然后從DMV控制器算法庫里選用“斑點(diǎn)”工具對兩個亮點(diǎn)的位置分別進(jìn)行分析，使得到的兩個坐標(biāo)值與標(biāo)準(zhǔn)位置坐標(biāo)值相比較計(jì)算出兩個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”工具提取各個特征點(diǎn)，通過函數(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  檢測方案分析

由于本案屬于高精度尺寸測量，因此在每次正式測量前需先對設(shè)備進(jìn)行校正，即DMV首先運(yùn)行校正程序（操作工手動操作），對標(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檢測系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)檢測精度。

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，同時也會把標(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)�兩者進(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值也會不同。）

K計(jì)算公式如下：K值=被測物實(shí)際尺寸（mm）/相機(jī)測得像素?cái)?shù)（Pixle）。

根據(jù)兩個相機(jī)測得像素值與零件實(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(一個像素值代表0.03mm)；

K2=2.54mm/278pixel=0.01mm/pixle(一個像素值代表0.01mm)；

在本方案中，校正程序同時會將標(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 檢測程序 

系統(tǒng)校正完畢，運(yùn)行檢測程序開始檢測。

圖7 檢測程序運(yùn)行相機(jī)截圖 

 首先，下方相機(jī)確定PIN腳的偏移量，通過DMV函數(shù)庫中“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)

通過以下10組驗(yàn)收數(shù)據(jù)分析DMV的測量精度，得出該方案完全可以滿足客戶要求的0.2mm的檢測精度，DMV實(shí)際測量誤差只有0.02mm。

表1 驗(yàn)收數(shù)據(jù) (單位：mm)

  表2 系統(tǒng)配置

5  結(jié)束語

在零部件尺寸測量的應(yīng)用領(lǐng)域中，臺達(dá)DMV視覺檢測系統(tǒng)為一些追求高效、高品質(zhì)的生產(chǎn)廠商提供了最優(yōu)質(zhì)的檢測方案，滿足了客戶更高速、更便捷、更精準(zhǔn)的測量需要，解決制造業(yè)發(fā)展中又一個瓶頸技術(shù)。

作者簡介：

王風(fēng)路，男，出生于1981年，畢業(yè)于山東建筑大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于臺達(dá)集團(tuán)--中達(dá)電通股份有限公司儀表產(chǎn)品開發(fā)處，主要專注于臺達(dá)機(jī)器視覺的技術(shù)支持以及市場開發(fā)。