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零部件尺寸测量能使用机器视觉技术吗

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2019-03-06 09:35:00
    以往的零部件尺寸是靠人工去测量的,这样难免会导致误差的出现,从而使得机器的不完美,为了减少人工检测导致的误差,人们研发了机器视觉技术来解决这个问题,那么零部件尺寸测量能使用机器视觉技术吗?沃德普机器视觉接下来就告诉您。
 
一、 视觉检测系统的特点
 
     基于机器视觉方法的检测系统,是指利用CCD摄像机作为图像传感器,综合运用图像处理、精密测量等技术进行非接触二维或者三维坐标测量的检测系统。在工业界,应用视觉检测技术最为广泛的是那些重复性检测相同部件或产品的场合。视觉检测系统主要分为两类:一类是在线检测系统,另一类是非在线检测系统。主要特点是高效率,高精度,工作范围大、柔性好和抗干扰能力强等。形状尺寸视觉检测是视觉检测技术在测量领域中新的应用,同传统的形状尺寸检测技术相比,基于CCD的视觉检测技术具有以下优点:
 
    (1) 提高图像质量。利用数字图像处理技术可以对图像进行各种处理。如图像增强、边缘锐化、滤除噪声等。
 
    (2) 提高测量精度,提高摄像机等图像采集设备的分辨率,或调整光学镜头的放大倍数,可以使获得的图像信息更多、更精确。利用亚像素定位技术,可以明显提高图像目标的定位精度。
 
    (3) 可以测量传统方法不易测量的几何量。
 
    (4) 对成像系统的高精度标定和误差修正。
 
     (5) 自动化程度高。
 
    上述优点在以下几种测量任务中表现更为明显。
 
    1.微结构尺寸检测
 
    微结构尺寸检测是微机械研究与加工中经常遇到的,传统的方法采用万能工具显微镜或者激光衍射法,前者容易受测头形状、大小以及测力的影响,后者对侧量环境要求苛刻,同时只能测量较简单的结构尺寸(如细丝直径、薄带宽度等),对于较复杂的微结构尺寸以及象光纤等透明、易变形的目标,二者均无能为力。而视觉检测技术,具有非接触的特点,并且不一定要求采用相干光源,因此其测量过程不会受到测头、测力、相干光等因素的影响。另外,图像检测的精度和测量范围主要是由摄像系统的分辨率和放大倍数决定的,调节摄像系统的放大倍数就很容易实现大范围测量(如从微米量级到毫米量级),同时保证较高的测量精度。
 
    2.大型结构尺寸检测
 
    对于大型结构尺寸,传统测量方法,主要采用两种方法:一是直接法,这种方法需要大尺寸导轨或标准件,成本高,精度低;二是间接法,如弓高弦长法,滚子法等,这类方法本身存在测量原理误差,并且测量可靠性不高。对于大型零件,视觉检测技术可以对零件的不同部位进行拍摄,得到多幅局部重叠的图像,然后利用图像之间的信息冗余进行图像拼接得到零件的完整图像,对拼接后的图像进行分析可以得到零件的完整结构尺寸,这种检测方法不仅简单、经济,同时能够达到较高的精度。
 
    3.复杂结构尺寸检测
 
    齿轮、螺纹、凸轮等均是机械制造业中常用的重要零件,由于这些零件形状复杂、参数繁多,用常规通用仪器检测精度和效率较低,通常采用专用测量仪器。测量过程非常复杂。且其成本非常高。视觉检测技术由于采用了“图像”这种信息含量非常丰富的信息载体,表现出较大优势,螺纹、齿轮等零件的复杂轮廓信息它只需要一幅或多幅图像就可以获得。
 
    4.自由曲面检测
 
    自由曲面通常是指无法确切用解析几何的方法描述的曲面,如火箭、飞机、汽车、家用电器等的复杂外观造型。自由曲面的高精度检测技术,近年来成为人们研究的热点。自由曲面传统的检测方法有:手工测量法、机器人测量法、三坐标机测量法、经纬仪组合测量法等。以上方法与现代工业 100%在线检测的要求都存在一定的差距。如果将视觉检测技术和结构光应用于自由曲面检测,其测量速度、工作强度均优于以上方法,并且测量精度与三坐标机测量法相当。其原理是将一定类型的结构光(光点、光条或光面)投射到曲面上,由 CCD 摄像机得到结构光的图像,结构光在图像中的位置反映了曲面轮廓信息,对结构光图像进行分析,就可以得到自由曲面的轮廓信息。
 
二、视觉检测系统的组成
 
    视觉检测系统针对不同的应用有着不同的具体形式。系统构成按照功能大致可分为如下模块:
 
    1.摄像机
 
     目前CCD摄像机以其小巧、可靠、清晰度高等特点在商用与工业领域都得到了广泛地使用。摄像机是整个视觉检测系统的感觉部分,任务是将光学信号转换成电信号。一般采用摄像机作为视觉传感器。摄像机根据其信号传输格式有模拟摄像机和数字摄像机,数字摄像机在降噪、速度等方面优于模拟摄像机;由于数字摄像机减少了模拟信号传输和A/D转换所造成的信息损失,可以实现更高精度的测量。根据其传感器扫描格式有线阵CCD摄像机和面阵CCD摄像机,线阵CCD摄像机一次只能获得图像的一行信息,被拍摄的物体必须以直线形式从摄像机前移过,才能获得完整的图像;面阵摄像机可以一次获得整幅图像的信息。它具有的二维特性、高灵敏度、可靠性好、几何畸变小、无图像滞后和图像漂移等优点。
 
    2.光学成像系统
 
    光学成像系统任务是将真实物体的景象完整地投影到摄像机的焦平面上。在视觉检测系统中非常重要。选用光学镜头主要根据其成像面尺寸、焦距、视角、工作范围、倍率、景深和接口等参数。在实际的视觉检测系统中,常常选用畸变小的物方远心镜头。按照照明方式的不同,视觉方法的图像获取方式可以分为两大类:主动式和被动式。前者可分为结构光方法和激光自动聚焦法,后者可分为双目视觉、三目视觉和单目视觉等方法。
 
    3.照明系统
 
    视觉检测系统与其它传感器的工作情况不同,它对光线的依赖性很大,往往需要很好的照明条件,使物体形成的图像最为清晰,复杂程度最低,得到最多的有用信息,消除不必要的阴影、低反差和镜面反射等。在目前的机器视觉应用系统中,好的光源与照明方案往往是整个系统成败的关键,起着非常重要的作用,并不是简单的照亮物体而已。光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征量,在物体需要检测的部分与那些不重要部份之间应尽可能地产生明显的区别,增加对比度。同时还应保证足够的整体亮度,物体位置的变化不应该影响成像的质量。在视觉检测应用系统中一般使用透射光和反射光。对于反射光情况应充分考虑光源和光学镜头的相对位置、物体表面的纹理,物体的几何形状等要素。光源设备的选择必须符合所需的几何形状,照明亮度、均匀度、发光的光谱特性也必须符合实际的要求,同时还要考虑光源的发光效率和使用寿命。总之,应该根据实际的任务,选择和设计不同的光源形式,以达到物体成像的最佳状态。
 
    4. 图像获取装置
 
    任务是将摄像机生成的视频信号转换成便于计算机处理的数字图像信号。图像采集卡要与摄像机的类型一致,在基于PC 机的视觉检测系统中,是控制摄像机拍照,完成图像采集与数字化,协调整个系统的重要设备。主要性能参数包括采样速度、图像卡分辨率等。它一般具有以下功能模块。
 
    (1) 图像信号的接收与A/D 转换模块,负责图像信号的放大与数字化。有用于彩色或黑白图像的采集卡,彩色输入信号可分为复合信号或RGB 分量信号。同时,不同的采集卡有不同的采集精度,一般有8Bit 和10Bit 两种。
 
    (2)摄像机控制输入输出接口,主要负责协调摄像机进行同步或实现异步重置拍照、定时拍照等。
 
    (3)总线接口,负责通过PC 机内部总线高速输出数字数据,一般是PCI 接口,传输速率可高达130Mbps,完全能胜任高精度图像的实时传输,且占用较少的CPU 时间。有的图像采集卡同时还包括显示模块,负责高质量的图像实时显示,通讯接口负责通讯。一些高档图像采集卡还带有DSP 数字处理模块,能进行高速图像预处理,适用于高档高速应用。
 
    5. 图像分析用计算机
 
    计算机是整个视觉检测系统的核心,软件系统负责完成图像特征的提取、数据的分析与综合等功能,软件系统是整个检测系统的灵魂,其处理精度和速度直接影响着整个检测系统的精度和实时性能。
 
    视觉检测系统一般由以下结构组成,如图1所示。以机械系统为基础,线阵、面阵电荷耦合器件CCD或全息照相系统构成摄像系统;信息的转换由视频处理器件完成电荷信号到数字信号的转换;计算机及计算技术实现信息的处理和显示;反馈系统包括温度误差补偿,摄像系统的自动调焦等功能;载物工作台具有三坐标或多坐标自由度,可以精确控制微位移。
 
 

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