視覺(jué)系統(tǒng)在汽車門鎖檢測(cè)中的應(yīng)用

　1 引言

　　汽車門鎖具有型號(hào)規(guī)格多， 結(jié)構(gòu)差異大， 檢測(cè)項(xiàng)目多，部分結(jié)構(gòu)松散易變形的特點(diǎn);汽車門鎖裝配檢測(cè)生產(chǎn)線要求設(shè)備檢測(cè)速度快、故障率低，并允許產(chǎn)品檢測(cè)內(nèi)容具有一定的擴(kuò)展性。

　　過(guò)去大多采用將檢測(cè)項(xiàng)分解到各分站分別檢測(cè)的辦法，這往往造成各分站設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁瑣，設(shè)備設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)， 故障率高等缺陷， 而且因車鎖結(jié)構(gòu)松散不宜接觸， 某些檢測(cè)需要依靠人工目測(cè)， 不僅操作員勞動(dòng)強(qiáng)度大， 而且因存在人工因素， 容易出錯(cuò)。

　　隨著工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展，自動(dòng)化設(shè)備的制造水平也日益提高，機(jī)器視覺(jué)（以下簡(jiǎn)稱視覺(jué)）系統(tǒng)的引入很好地解決了這些問(wèn)題。

　　2 視覺(jué)技術(shù)簡(jiǎn)介

　　視覺(jué)技術(shù)就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷，它通過(guò)鏡頭（Camer a）攝取圖像，并將像素的分布，亮度，顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算以抽取圖像的特征， 并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別，坐標(biāo)計(jì)算， 灰度分布圖等多種功能， 從而進(jìn)行邏輯判斷，用以控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

　　同人工檢測(cè)相比， 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)具有以下優(yōu)勢(shì)。

　　3 視覺(jué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　3.1 硬件部分設(shè)計(jì)

　?。?） 圖像采集部分：鏡頭PULNix TM-200，Cognex圖像采集卡（可連接4 組鏡頭）；（2） 圖像處理部分：PC 機(jī)（DELL GX5200）；（3） 機(jī)電控制部分：SeaIO I/O 卡（PCI 插槽），控制柜（內(nèi)置空氣開關(guān)，接線端子等）構(gòu)成電氣控制系統(tǒng)；（4） 機(jī)電執(zhí)行部分：按鈕，傳感器，氣缸，閥島，指示燈， 蜂鳴器等；（5） 人機(jī)交互部分：顯示器，鼠標(biāo)，鍵盤。

　　3.2 軟件部分設(shè)計(jì)

　　本項(xiàng)目基于Cognex 的視覺(jué)分析工具，自己開發(fā)了一套視覺(jué)操作平臺(tái)。

　　（1） 系統(tǒng)開發(fā)的軟件環(huán)境。

　　Windows 2000 或Windows XP 以上操作系統(tǒng);Office 2000 或以上版本;VisiONPro 50 或以上版本;SeaIO_v030103 或以上版本;VS2005TF。

　?。?） 軟件開發(fā)的要求。

　　汽車門鎖具有檢測(cè)點(diǎn)多（本例共23 點(diǎn)），品種多的特點(diǎn)，這就要求軟件可以將檢測(cè)點(diǎn)自由組合到各個(gè)品種中去， 而且操作界面盡可能簡(jiǎn)捷， 易操作。

　?。?） 軟件的功能。

　　圖1 主界面

　　軟件的主界面如圖所示， 左側(cè)為當(dāng)前車鎖的型號(hào)、選用的鏡頭、使用的定位原點(diǎn)、和被檢測(cè)點(diǎn)的概覽。右側(cè)為檢測(cè)結(jié)果和設(shè)備狀態(tài)等粗略信息。中間部分上側(cè)為系統(tǒng)檢測(cè)的實(shí)際圖像， 檢測(cè)合格的用綠色邊框圈定，不合格的用紅色邊框圈定， 并配有被檢測(cè)點(diǎn)的文字名稱。該圖像會(huì)默認(rèn)顯示為包含有檢測(cè)結(jié)果中含不合格檢測(cè)點(diǎn)的圖像。在這一圖像下側(cè)有四個(gè)小的顯示區(qū)域，分別對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)中不同的相機(jī)。 如果該圖像含有不合格點(diǎn)，則圖像外側(cè)會(huì)用紅色邊框圈出。最下側(cè)是各檢測(cè)點(diǎn)的詳細(xì)信息。如圖1 所示。

　　此外，在主窗口中還有“輸入顯示”“， 手動(dòng)控制”和“狀態(tài)報(bào)警”屬性頁(yè)。在菜單“工程”中添加有“型號(hào)選擇”、“Camera”、“PMAlignFixture”、“Tools”“Type”、“視覺(jué)運(yùn)行”選項(xiàng)。如圖2 所示。

　　圖2 工程子菜單。

　　圖3 對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)工具（Tools ）界面

　　軟件現(xiàn)應(yīng)用于常熟Kieker t 汽車門鎖公司，運(yùn)行穩(wěn)定， 操作簡(jiǎn)單， 可滿足生產(chǎn)及調(diào)試中的各種需求。

　　圖4 為各型號(hào)分配檢測(cè)項(xiàng)的界面

　　4 視覺(jué)技術(shù)在門鎖檢測(cè)中的應(yīng)用

　　一套視覺(jué)系統(tǒng)的成功應(yīng)用， 不僅與軟件的設(shè)計(jì)密不可分，更取決于視覺(jué)分析工具的使用是否合理。對(duì)于不同的檢測(cè)對(duì)象要具體分析，采取不同的檢測(cè)方案。下面以在汽車門鎖檢測(cè)中常見的問(wèn)題為例說(shuō)明。

　　4.1 在深色的背景下檢測(cè)黑色的物體

　　視覺(jué)檢測(cè)本質(zhì)上是像素色度的檢測(cè)。被檢測(cè)物的色度與周圍背景的色度越相近， 檢測(cè)越困難。為此， 可以考慮對(duì)被檢測(cè)物單獨(dú)使用一個(gè)鏡頭， 然后增強(qiáng)光照，以便獲得足夠的灰度。然后考慮使用Cognex 視覺(jué)分析工具中的CogPMAlignTool 工具進(jìn)行分析。這是一個(gè)在可設(shè)定區(qū)域內(nèi)尋找相似物體的工具。首先找出被檢測(cè)物上具有明顯特征， 且與其周圍背景色差較大的部分，將其設(shè)定為被檢測(cè)物后，再圈定包含被檢測(cè)物的可尋找區(qū)域。設(shè)定相似度后， 取下被檢測(cè)物， 對(duì)該工件進(jìn)行檢測(cè)，得到被檢測(cè)物不存在時(shí)的相似度檢測(cè)值。依據(jù)物體存在時(shí)的相似度值與物體不存在時(shí)的檢測(cè)相似度值的差值重新設(shè)定門檻值。

　　4.2 檢測(cè)彈簧等表面色澤易變的物體

　　彈簧類物體的特征是表面色澤易受潤(rùn)滑脂分布，傾斜角度等因素影響， 進(jìn)而形成與人眼觀察到的色澤差異較大的圖像。對(duì)此，可以考慮使用Cognex 視覺(jué)分析工具中的CogPMAl ignTool 工具對(duì)圖像進(jìn)行分析。

　4.3 較小的檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)

　　小的檢測(cè)點(diǎn)往往形狀不夠突出，所對(duì)應(yīng)的像素較少，用相似度工具查找時(shí)，因特征像素過(guò)少，容易誤判斷。因此，可選用Cognex 視覺(jué)分析工具中的CogBlobTool 工具進(jìn)行分析。這是一個(gè)通過(guò)設(shè)定色度的差異值來(lái)尋找特定區(qū)域被檢物體是否存在的工具。將Segmentation 中的mode 選為Hard Threshold（Fixed），將Polarity 選為L(zhǎng)ightBlobs，Dark background 或Dark Blobs，Light background，然后設(shè)定檢測(cè)區(qū)域，點(diǎn)擊動(dòng)態(tài)運(yùn)行按鈕，調(diào)整Thr eshold的值， 觀察右側(cè)視窗中被檢物檢出情況的變化。取下被檢測(cè)物， 對(duì)該工件進(jìn)行檢測(cè)， 得到被檢測(cè)物不存在時(shí)的Blob 檢測(cè)值。依據(jù)物體存在時(shí)的Blob 值與物體不存在時(shí)的檢測(cè)Blob 值的差值重新調(diào)整Blob 設(shè)定值。

　　圖5 CogBlobTool 工具設(shè)定界面

　　4.4 有油污的鉚點(diǎn)檢測(cè)

　　由于工況的不同， 某些鉚點(diǎn)的表面會(huì)有一定程度的油污。這就使視覺(jué)檢測(cè)極易受到干擾。可選用Cognex視覺(jué)分析工具中的CogFindCircleTool 工具進(jìn)行分析。

　　這是一個(gè)在選定區(qū)域內(nèi)尋找圓并對(duì)圓進(jìn)行測(cè)量的工具。

　　在Caliper Settings 選項(xiàng)中，Edge Polarity 選項(xiàng)應(yīng)鉤選Any Polar i ty，因?yàn)镈ark to Light 和Light to Dark選項(xiàng)因受油污的干擾誤判率較高， 而An y Pola r i ty 則是以設(shè)定的圓弧線為基準(zhǔn)，輔以色差的判斷，因此， 準(zhǔn)確率很高。另外，Search Direction 選項(xiàng)中，Inward 和Outward的鉤選應(yīng)以實(shí)測(cè)效果為準(zhǔn)。如果鉚釘為規(guī)則的圓柱形，則可鉤選Inward，因?yàn)槲淬T接的鉚釘往往沒(méi)有油污， 半徑較小;而鉚釘為星形時(shí)則應(yīng)鉤選Outward，這樣才可準(zhǔn)確判定鉚釘?shù)你T接后半徑值。需要注意的是，Caliper 選項(xiàng)中的Number of Calipers 應(yīng)根據(jù)圓的大小適當(dāng)選得大一些， 這樣圓的判斷依據(jù)點(diǎn)較充分， 得到的圓也更準(zhǔn)確。

　　4.5 存在范圍可變的物體的檢測(cè)

　　某些被檢物的位置不是固定的，而是在某一區(qū)域內(nèi)隨機(jī)存在， 這就意味著必須選擇合適的搜尋區(qū)域。為此， 可以考慮使用Cognex 視覺(jué)分析工具中的CogPMAlignTool工具進(jìn)行分析。該工具提供了較為多樣的邊框劃線工具，使得邊框的設(shè)置非常人性化。

　　4.6 孔的檢測(cè)

　　黑色物體上通孔的檢測(cè)常常因?yàn)樯钸^(guò)于接近而失敗。但是， 如果在檢測(cè)夾具上增加一個(gè)亮色的觀測(cè)物， 使其穿過(guò)通孔， 再選用Cog n e x 視覺(jué)分析工具中的CogBlobTool 工具進(jìn)行分析，問(wèn)題即可解決。

　　4.7 固定區(qū)域高亮或高暗的判別

　　用判斷某一區(qū)域亮或暗的方式來(lái)區(qū)分物體有無(wú)是常見的處理方法，選用Cognex 視覺(jué)分析工具中的CogBlobTool工具進(jìn)行設(shè)置， 可達(dá)到這一要求。另外， 設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮產(chǎn)品的工藝問(wèn)題，某些檢測(cè)物的表面可以通過(guò)產(chǎn)品工藝的改變而變化，這也為解決問(wèn)題提供了新的思路。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　視覺(jué)系統(tǒng)在不接觸物體的情況下， 可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出物體的有無(wú)， 尤其是檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量比較多， 分布較為集中; 隨型號(hào)的不同， 同一位置被檢測(cè)物的種類較多， 形狀較為復(fù)雜的情況下， 視覺(jué)檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)較為突出。當(dāng)然， 視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用也受到成本， 被檢物的反光率等因素的制約而受到限制。因此， 靈活， 合理的調(diào)試視覺(jué)系統(tǒng)， 使其發(fā)揮最大的作用， 仍有待于業(yè)界人士的共同努力。