視覺測量技術在汽車零部件檢測系統中的運用研究

劉江 廣東利元亨智能裝備股份有限公司

所謂視覺測量，實際上就是利用工業相機來取代人眼進行定位、識別與測量。對于常規的視覺測量系統，它主要由光源、相機和鏡頭三部分工程，能直接替代人工進行表面圖層檢查、條碼字符檢查和裂痕及包裝檢查，確認是否保持完整和存在缺陷。通過對視覺測量的合理應用，能從根本上提高對生產流水線進行檢測時的精度與速度，從而極大的提高產品質量與產量，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 基于視覺測量的汽車零部件檢測流程分析

在過去的汽車零部件檢測工作中，需要由人工進行測量，由于測量工作量大，所以效率很低，精度也很難保證；對此，可利用視覺測量技術來解決這一問題，它利用人類視覺的方式測量和檢測汽車零部件，但能提高檢測效率，保證測量精度。為對視覺測量進行有效應用，應在技術應用正式開始前，明確檢測工作目標，然后開始視覺測量，對伺服機構進行操控，使測量檢測進入到清晰度最高和穩定可靠的狀態，從而獲得一系列檢測目標對應的測量圖像，之后對圖像中的數據信息進行整合，把被測目標特征和檢測的關鍵環節對應的數據信息結合到一起，同時將其排列至同一坐標系當中，為零部件實際生產過程分析提供便利，并為檢測系統運行所有成效的提高奠定良好基礎。

2 基于視覺測量的汽車零部件檢測系統優勢

2.1 高精度

對于汽車零部件，它如同人體的器官與細胞，采用視覺測量技術進行零部件的檢查就如同采用醫療設備對人體進行健康檢查，不論零部件是否存在質量問題和存在如何質量問題，均可以借助這項技術及時發現，并將其反饋至檢測中心。能取得以上成效的關鍵就在于這項技術的精度可以達到納米級，這也是傳統人工檢測方式無法達到的，如肉眼不能觀察到的結構及缺陷，都能在這項技術的支持下查看，進而為零部件的分析和缺陷判斷與解決等提供準確的參考借鑒。在視覺測量過程中，通過對光電技術的引入和應用，能進一步提高測量結果準確性及測量過程的靈敏度，最終使零部件的檢測精度獲得最大限度的提升。

2.2 非接觸

當采用人工對汽車零部件進行測量時，往往需要使用專門的工具或直接拿到手里來檢查測量，在這種情況下，必須要與檢測對象發生接觸，這樣會對測量和檢測的效果造成影響。而對視覺測量技術而言，它根據光學測量基本原則，能在不與待測對象發生接觸的情況下執行各項檢測任務，即與待測對象零接觸，這種非接觸的檢測與測量方式，能從根本上保證檢測質量。

3 基于視覺測量的汽車零部件檢測系統運用

對視覺測量基本工作流程和在檢測中應用具有的優勢進行分析與研究后可以看出，這項技術在對汽車零部件進行檢測時應用，除了能保證各類零部件的實際檢測效率，還能將檢測及測量過程對零部件質量造成的影響降至最低，使汽車制造和預期的設計目標均得到充分落實。在實際情況中，為充分發揮這項技術具有的優勢特點，首先需要做好系統設計，根據根系的實際應用要求，結合現有的技術條件和資源水平等，制定最佳的系統設計方案。

（1）搭建視覺圖像處理技術平臺，對視覺測量技術而言，它是將視覺圖像處理技術平臺作為核心的，基于此，在平臺的搭建過程中，首先應確定適宜的處理器，同時結合當前相關應用軟件不斷發展的實際情況，和數據的存儲空間與相關程序進行相互分離，以此保證這一平臺能夠穩定且高效的持續運行，實現保證系統實效性、通用性及可靠性的根本目標，促使這一技術平臺可完成所有數據分析與處理任務，并應能根據實際需求引入流水線等其它先進技術，實現技術應用后性能價格比的大幅提升。

（2）引入視覺測量技術后，能將通過視覺測量得到的數據實時傳輸到檢測系統當中，由系統自動對數據進行分析處理，然后獲得相應的檢測結果及結論。從這一數據傳輸過程可以看出，系統必須有數據通訊功能，以此滿足所有類型汽車零部件測量及檢測要求。在系統的設計過程中，可將CC-Lillk等視作通訊單元，借助其較強的抗干擾能力、諸多的網絡節點、良好的實效性，能使視覺測量得到合理應用，發揮最大化作用效果。

（3）在系統的硬件設計過程中，應和汽車零部件的測量和檢測系統形成良好的對照關系，基于此，從視覺測量角度講，其需要的硬件應可以滿足各類應用軟件實際運行要求，包括存儲與電源模塊、DSP、通訊與視頻的編碼模塊和外圍連接電路等等，與系統的應用軟件相同，系統硬件也應定期進行更新換代，以保證系統硬件能夠滿足實際要求。

（4）視覺系統的軟件設計可采用VisionPro聯合C#完成，包含400余種不同的函數、算法，與現在主流的C#開發都相適應。主要采用的是圖形化的程序編輯語言，人機界面簡潔、良好。此外，它還擁有十分龐大的數據和函數庫，能極為輕松和快速的完成數據采集、分析和處理，對數據進行針對性分析與臨時存儲。系統所得測試結果，不論格式如何都能被立即保存，并且還能對產品條碼進行保存，對測試的時間、項目與結果予以顯示。當客戶有需要時，還能對測試的圖片予以保存。而針對質量較差的圖片，能準確標示其具體位置。測量結果的保存格式即可以是文本，也可以是報表的形式，此外也能上傳至數據庫進行綜合管控。

在汽車齒輪減速器的裝配工藝過程中，需要將齒輪準確定位安裝到減速器主體，利用VisionPro的模板匹配工具CogPMAlignTool可以依據穩定的匹配特征準確定位，比如抓取齒輪的齒形輪廓為模板特征，然后通過幾何特征查找工具進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器人抓取定位的Mark點；同時需要CogFindLineTool工具查找圖像中穩定的線的特征作為辨別齒輪的角度方向θ；在此初步完成視覺檢測定位初步方案；在測量運用中，會大量運用CogDistancePointPointTool幾何查找工具得到測量尺寸，從而保證生產零件的尺寸精度把控。

在六軸機器人與視覺系統配合定位中，需要通過坐標系標定轉換，把找到的像素坐標標定到六軸機器人的世界坐標系中，則需要通過CogCalibNPointToNPointTool工具九點標定，原理是將相機坐標系中的9個像素點的U,V值對應機器人世界坐標系x,y中的點，進行9組數據的矩陣的旋轉和平移計算得到的映射關系；在接下來的生產過程中利用該轉換關系，即可引導機器人準確抓取和放置。

（4）視覺系統在C#開發語言的軟件實現，則需要結合VisionPro強大的SDK接口實現；在最基礎的視覺系統中，需要在Visual Studio 開發環境中完成軟件界面和運行處理邏輯的實現，基礎的視覺系統應具備圖像和數據的獲取，處理，存儲功能；友好的交互參數界面，應具備仿真分析功能，以及與工業機器人和PLC或運動控制卡的通訊功能和運行操作日志的查詢功能。

4 結束語

綜上所述，視覺測量是當前汽車零部件檢測的重要技術手段，它的應用能大幅提高檢測效率，縮短檢測時間，節省人力，并減少出錯，是一項值得大范圍推廣應用的技術，應引起相關技術人員及企業的高度重視。