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机器视觉测试系统

来源：信息中心　时间：2009-2-1 10:42:14

1.引言
现代工业自动化生产中涉及到各种各样的检验、生产监视和零件识别应用，如汽车零配件批量加工的尺寸检查和自动装配的完整性检查、电子装配线的元件自动定位、IC上的字符识别等。通常这种带有高度重复性和智能性的工作是由肉眼来完成的，但在某些特殊情况下，如对微小尺寸的精确快速测量、形状匹配以及颜色辨识等，依靠肉眼根本无法连续稳定地进行，其它物理量传感器也难以胜任。人们开始考虑用CCD照相机抓取面积、长度、数量、位置等。最后，根据预设的容许度和其他条件输出结果，如：尺寸、角度、偏移量、个数、合格/不合格、有/无等。上位机(如PC和PLC)实时获得检测结果后，指挥运动系统或I/O系统执行相应的控制动作(如定位和分类)。
2.2 系统分类
从视觉系统的运行环境分类，可分为PC—BASED系统和PLC—BASED系统。基于PC的系统利用了其开放性、高度的编程灵活性和良好的Windows界面，同时系统总体成本较低。PC—Based系统内含高性能零件装配完整性、装配尺寸精度、零件加工精度、位置/角度测量、零件识别、特性/字符识别等，主要应用于包括汽车、制药、电子与电气、制造、包装、食品、饮料、医学等领域，用于对汽车仪表盘加工精度的检查、高速贴片机上对电子元件的快速定位、对管脚数目的检查、IC表面印字符的辨识、胶囊生产中对胶囊壁厚和外观缺陷的检查、轴承生产中对滚珠数量和破损情况的检查、食品包装上对生产日期的辨识、对标签贴放位置的检查以及医疗方面对细胞数量和性质的判断等。由于机器视觉系统可以快速获取大量信息，易于自动处理，也易于与设计信息以及加工控制信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度，在一些不适合人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，采用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量不仅效率低而且精度不高，而用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度；此外，机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。国际上视觉系统的应用方兴未艾，仅1998年的市场规模已达46亿美元，而在国内，工业视觉系统尚处于概念导人期，各行业的领先企业在解决了生产自动化的问题以后，才开始将目光转向视觉测量自动化。
4.机器视觉测试系统在检测方面的应用
机器视觉系统在工业在线检测的各个领域得到广泛应用。
(1)大型工件平行度、垂直度测量采用激光扫描与CCD探测系统的大型工件平行度、垂直度测量仪，它是以稳定的准直激光束为测量基线，配以回转轴系，旋转五角标棱镜扫出互相平行或垂直的基准平面，并将其与被测大型工件的各面进行比较。在加工或安装大型工件时，可用该认错器测量面间平行度及垂直度。
(2)热轧螺纹钢几何参数在线动态检测系统该系统以频闪光作为照明光源，利用面阵和线阵CCD作为螺纹钢外形轮廓尺寸的探测器件，实现热轧螺纹钢几何参数在线测量的动态检测。
(3)轴承状态实时监控
采用视觉技术实时监控轴承的负载和温度变化，消除过载和过热的危险。该技术将传统的通过测量滚珠表面来保证加工质量和安全操作的被动式测量变为主动监控。
(4)基于机器视觉的仪表板总成智能集成测试系统
汽车仪表板总成上安装有速度里程表、水温表、汽油表、电流表、信号报警灯等，其生产批量大，出厂前需要进行一次质量终检。检测项目包括速度表等五个仪表指针的指示误差，24个信号报警灯和若干照明灯是否损坏或漏装等。通常采用人工目测方法检查，但误差大、可靠性差，不能满足自动化生产的需要。机器视觉测试技术的智能集成测试系统改变了这种现状，实现了对仪表板总成智能化、全自动、高精度、快速度的质量检测，克服了人工检测所造成的各种误差，大大提高了检测的效率和可靠性。
(5)金属板表面自动探伤系统
在对表面质量要求很高的特殊大型金属板进行检测时，原始的检测方法是采用人工目视或用百分表加探针进行检测，该方法不仅易受主观因素的影响，而且可能给被测表面带来新的划伤。金属板表面自动探伤系统利用机器视觉测试技术对金属表面缺陷进行自动检查，可在生产过程中高速、准确地进行检测，同时由于该系统采用非接触式测量，避免了产生新划伤的可能。该系统采用激光器作为光源，通过针孔滤波器滤除激光束周围的杂散光，采用扩束镜和准直镜使激光束变为平行光并以45度的入射角均匀照射在被测金属板表面上。金属板放在检验台上，检验台可在x、y、z三个方向上移动，摄像机采用TCD142D型2048线阵CCD，镜头采用普通照相机镜头，CCD接口电路采用单片机系统。PC主机主要完成①在必要的情况下，CAQ系统可以100％地检测产品，而不像现在普遍采用的抽样检测；②将检测规划集成到加工过程中，形成闭环反馈控制系统，在检测时确定产品相对于标准尺寸的偏差，并在线纠正，因此，可获得近100％的优质产品；③机器视觉和先进的为尽可能减少测量误差，事先对测量对象均以等间隔指定测量点；最后生成CMM的测量指令传输到CMM控制器上，开始测量。对于不存在原始CAD模型的测量对象，可以采用逆向工程技术，即通过对机器视觉系统所采集到的测量点的三维坐标进行处理，重建该物体的CAD模型。
6.结语
机器视觉测试系统能够大幅降低检验成本，提高产品质量，加快生产速度和提高生产效率。作为高精度、非接触的测量方案，视觉系统涉及到光学和山东大学马金奎等

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