機器視覺在汽車檢測行業(yè)的應(yīng)用研究

摘 要：隨著光電技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了通過機器代替人眼識別功能的機器視覺技術(shù)。機器視覺技術(shù)具有高自動化、高準(zhǔn)確性、方便、安全等特點，在眾多的領(lǐng)域得到了應(yīng)用，如交通行業(yè)的車輛識別系統(tǒng)，食品行業(yè)的水果挑揀，汽車行業(yè)的零件檢測等。文章詳細介紹了機器視覺技術(shù)的原理，以及在汽車行業(yè)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機器視覺；汽車行業(yè)；應(yīng)用

WTO開放后，汽車行業(yè)面臨越來越大的競爭力，為了提高汽車中各種零件的合格度以及安裝精度，各個汽車生產(chǎn)線中大量的使用了機器視覺技術(shù)。機器視覺技術(shù)具有非接觸，不受溫度影響，精確度高，功能穩(wěn)定等特點，逐步的使用到各種高精度檢測環(huán)境中。機器視覺技術(shù)使用CCD傳感器件作為核心器件，CCD傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，圖像采集卡將電信號處理后轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號。文章重點討論了機器視覺技術(shù)在汽車檢測中的使用，希望通過該技術(shù)的介紹，幫助用戶更好地使用該技術(shù)。

1 機器視覺系統(tǒng)的簡介

1.1 系統(tǒng)的檢測原理

如上圖1所示，整個機器視覺的檢測系統(tǒng)主要由CCD相機，CCD傳感器，圖像采集卡，計算機，以及顯示器構(gòu)成。CCD相機負責(zé)拍攝，由于被測件邊沿的反光效果差異而導(dǎo)致出現(xiàn)光信號的變化。光信號經(jīng)過CCD傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)過圖像采集卡處理轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號。計算機的作用是通過圖像處理軟件對采集到的圖像進行一定的處理，提取特征值并做出判斷。顯示器主要是顯示計算后得到的結(jié)果，并展示給用戶。PLC控制器主要負責(zé)控制執(zhí)行機構(gòu)的運動。

檢測系統(tǒng)的工作從CCD相機信號輸入開始，然后通過CCD傳感器進行對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換，接著通過圖像采集卡把電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，最后通過計算機軟件計算出對應(yīng)的圖片信息，并輸出給顯示器。

1.2 系統(tǒng)檢測原理分析

根據(jù)1.1節(jié)中提出的方案，系統(tǒng)主要由以下幾部分構(gòu)成：

（1）信號采集模塊的選型和實現(xiàn)

本系統(tǒng)中信號采集模塊主要由CCD相機和CCD傳感器。CCD相機使用的超遠紫外幀轉(zhuǎn)移CCD相機。該CCD相機的主要性能有：

a.小像素尺寸，<15微米的像素。

b.可制冷CCD傳感器有55攝氏度的溫度增量。

c.傳感器對角線尺寸19mm-38mm。

d.相機連接/GigE數(shù)字接口。

對于電平轉(zhuǎn)換芯片檢測系統(tǒng)一般使用DS90CR288這款芯片，該芯片可以實現(xiàn)由光信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號。DS90CR288中有兩個FIFO，輸入FIFO負責(zé)接受輸入的圖像的數(shù)據(jù)，輸出FIFO負責(zé)輸出對應(yīng)的數(shù)字信號。DS90CR288的數(shù)據(jù)位寬為24位，中間通過SDRAM進行數(shù)據(jù)的緩存。

（2）信號處理模塊的選型和實現(xiàn)

檢測系統(tǒng)中信號處理模塊主要由計算機來完成。在實際的檢測過程中，圖像采集卡采集到的信號含有復(fù)雜的噪聲，計算機需要對這些信號進行濾波和平滑處理，剔除噪聲和斜置判別等處理。計算機常見的處理方法有二值化、膨脹、腐蝕、邊緣檢測等，經(jīng)過處理后的圖像更加容易獲取到特征區(qū)域，以便快速定位被檢測圖像。

2 機器視覺在汽車檢測中的應(yīng)用

目前，汽車零部件外觀缺陷檢測主要靠人工的方式進行，質(zhì)檢人員通過肉眼的方式逐一對零件表面和側(cè)面進行檢測，手工對良品和不良品進行逐一分揀。由于人存在主觀判斷誤差以及人眼睛的疲勞因素。因此，人工檢測的方式存在著檢測質(zhì)量不穩(wěn)定、部分缺陷不易識別、檢測效率低下等問題。嚴重制約著我國的產(chǎn)品在國際市場的競爭力。本節(jié)介紹機器視覺技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用，該技術(shù)在汽車檢測行業(yè)中可以的應(yīng)用場景有。

2.1 對工件表面缺陷的檢測

由于對于汽車的生產(chǎn)過程中零件眾多，如果通過人工目測方法已經(jīng)不太可能，所以需要通過機器視覺來查看零件的中的各種缺陷，如連桿結(jié)合面爆口等。可以通過機器視覺來確定破口面積大于3mm2或者長度大于2.5mm，就說明該零件不合格。這種測量過程是利用機器視覺技術(shù)獲取零件的圖像信息，并計算破口的尺寸，并通過計算機識別出不合格的零件，最后通過PLC控制相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)來挑選出這些不合格零件。

2.2 活塞在缸體內(nèi)的裝配

對于汽車來說，活塞在缸體內(nèi)的位置非常重要，所以檢測系統(tǒng)需要檢查活塞是否存在，在缸體內(nèi)的位置，以及活塞頂部表面的標(biāo)識。整個檢測的流程：首先發(fā)動機通過傳輸帶到達檢測位置，這個時候系統(tǒng)通知機器視覺開始檢測，如果機器視覺發(fā)現(xiàn)沒有安裝活塞，或者活塞的安裝進度不夠，或者活塞的表面不光滑都觸發(fā)機器視覺系統(tǒng)報警，并通知人工去挑揀不合格的產(chǎn)品，否則機器視覺系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)把發(fā)動機送到下一個工位。

2.3 主軸承蓋在缸體上的裝配

整個檢測的流程：首先發(fā)動機通過傳輸帶到達檢測位置，這個時候系統(tǒng)通知機器視覺開始檢測，如果機器視覺發(fā)現(xiàn)第1主軸承蓋邊緣不是系統(tǒng)設(shè)定的第1主軸承形狀，或者后續(xù)的第2主軸承蓋邊緣不是系統(tǒng)設(shè)定的第2主軸承形狀到第5主軸承蓋邊緣不是系統(tǒng)設(shè)定的第5主軸承形狀都將觸發(fā)機器視覺系統(tǒng)報警，并通知人工去挑揀不合格的產(chǎn)品，否則機器視覺系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)把發(fā)動機送到下一個工位。

3 結(jié)束語

文章詳細介紹了機器視覺技術(shù)的原理，以及系統(tǒng)檢測原理的分析。文章重點討論了機器視覺技術(shù)在汽車檢測中的具體使用，如對工件表面缺陷的檢測，活塞在缸體內(nèi)的裝配以及主軸承蓋在缸體上的裝配等。希望通過該技術(shù)的介紹，幫助用戶更好的使用該技術(shù)。

參考文獻

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作者簡介：張洪峰（1986，10-），男，籍貫：浙江杭州，學(xué)位：學(xué)士，學(xué)歷：本科，研究方向：自動化，現(xiàn)在所在單位：麥格納光能汽車飾件系統(tǒng)（杭州）有限公司。