視(shì)覺系統在汽車門鎖檢測中的應用
1 引言
汽車門鎖具有型号規格多， 結構差異大， 檢測項目多，部分(fēn)結構松散易變形的特點；汽車門鎖裝配檢測生(shēng)産線要求設備檢測速度快(kuài)、故障率低(dī)，并允許産品檢測内容具有一(yī)定的擴展性。
過去大多采用将檢測項分(fēn)解到各分(fēn)站(zhàn)分(fēn)别檢測的辦法，這(zhè)往往造成各分(fēn)站(zhàn)設備結構複雜，操作(zuò)繁瑣，設備設計周期長， 故障率高等缺陷， 而且因車鎖結構松散不宜接觸， 某些(xiē)檢測需要依靠人(rén)工目測， 不僅操作(zuò)員(yuán)勞動強度大， 而且因存在人(rén)工因素， 容易出錯。
随着工業化(huà)生(shēng)産的發展，自動化(huà)設備的制造水平也(yě)日益提高，機器(qì)視(shì)覺(以下(xià)簡稱視(shì)覺)系統的引入很好(hǎo)(hǎo)地解決了(le)這(zhè)些(xiē)問題。
2 視(shì)覺技術簡介
視(shì)覺技術就(jiù)是用機器(qì)代替人(rén)眼來(lái)做測量和判斷，它通過鏡頭(Camer a)攝取圖像，并将像素的分(fēn)布，亮度，顔色等信息，轉變成數字化(huà)信号；圖像系統對這(zhè)些(xiē)信号進行運算(suàn)以抽取圖像的特征， 并在此基礎上(shàng)實現(xiàn)模式識别，坐标計算(suàn)， 灰度分(fēn)布圖等多種功能(néng)， 從而進行邏輯判斷，用以控制現(xiàn)場(chǎng)設備。
同人(rén)工檢測相比， 機器(qì)視(shì)覺檢測具有以下(xià)優勢。
3 視(shì)覺系統的設計
3.1 硬件部分(fēn)設計
(1) 圖像采集部分(fēn)：鏡頭PULNix TM-200，Cognex圖像采集卡(可連接4 組鏡頭)；(2) 圖像處理(lǐ)部分(fēn)：PC 機（DELL GX5200）；(3) 機電控制部分(fēn)：SeaIO I/O 卡(PCI 插槽)，控制櫃(内置空氣開關(guān)，接線端子(zǐ)等)構成電氣控制系統；(4) 機電執行部分(fēn)：按鈕，傳感器(qì)，氣缸，閥島，指示燈， 蜂鳴器(qì)等；(5) 人(rén)機交互部分(fēn)：顯示器(qì)，鼠标，鍵盤。
3.2 軟件部分(fēn)設計
本項目基于Cognex 的視(shì)覺分(fēn)析工具，自己開發了(le)一(yī)套視(shì)覺操作(zuò)平台。
(1) 系統開發的軟件環境。
Windows 2000 或Windows XP 以上(shàng)操作(zuò)系統；Office 2000 或以上(shàng)版本；VisionPro 50 或以上(shàng)版本；SeaIO_v030103 或以上(shàng)版本；VS2005TF。
（2） 軟件開發的要求。
汽車門鎖具有檢測點多(本例共23 點)，品種多的特點，這(zhè)就(jiù)要求軟件可以将檢測點自由組合到各個(gè)品種中去， 而且操作(zuò)界面盡可能(néng)簡捷， 易操作(zuò)。
(3) 軟件的功能(néng)。
軟件的主界面如(rú)圖所示， 左側為(wèi)當前車鎖的型号、選用的鏡頭、使用的定位原點、和被檢測點的概覽。右側為(wèi)檢測結果和設備狀态等粗略信息。中間(jiān)部分(fēn)上(shàng)側為(wèi)系統檢測的實際圖像， 檢測合格的用綠(lǜ)色邊框圈定，不合格的用紅(hóng)色邊框圈定， 并配有被檢測點的文字名稱。該圖像會默認顯示為(wèi)包含有檢測結果中含不合格檢測點的圖像。在這(zhè)一(yī)圖像下(xià)側有四個(gè)小的顯示區域，分(fēn)别對應于系統中不同的相機。如(rú)果該圖像含有不合格點，則圖像外側會用紅(hóng)色邊框圈出。最下(xià)側是各檢測點的詳細信息。如(rú)圖1 所示。
此外，在主窗口中還有“輸入顯示”“， 手動控制”和“狀态報(bào)警”屬性頁。在菜單“工程”中添加有“型号選擇”、“Camera”、“PMAlignFixture”、“Tools”“Type”、“視(shì)覺運行”選項。如(rú)圖2 所示。
軟件為(wèi)了(le)減少調試工作(zuò)量， 各被測點可以被配置在不同的視(shì)覺分(fēn)析工具裏，如(rú)果每個(gè)檢測工具隻包含一(yī)個(gè)檢測點， 那麽當設置各個(gè)型号的檢測内容時(shí)， 隻需為(wèi)每個(gè)型号選取對應的檢測項即可，從而大大地提高了(le)視(shì)覺調試的工作(zuò)效率。如(rú)圖3 所示。
軟件現(xiàn)應用于常熟Kieker t 汽車門鎖公司，運行穩定， 操作(zuò)簡單， 可滿足生(shēng)産及調試中的各種需求。
4 視(shì)覺技術在門鎖檢測中的應用
一(yī)套視(shì)覺系統的成功應用， 不僅與軟件的設計密不可分(fēn)，更取決于視(shì)覺分(fēn)析工具的使用是否合理(lǐ)。對于不同的檢測對象要具體(tǐ)分(fēn)析，采取不同的檢測方案。下(xià)面以在汽車門鎖檢測中常見的問題為(wèi)例說(shuō)明。
4.1 在深色的背景下(xià)檢測黑色的物體(tǐ)
視(shì)覺檢測本質上(shàng)是像素色度的檢測。被檢測物的色度與周圍背景的色度越相近， 檢測越困難。為(wèi)此， 可以考慮對被檢測物單獨使用一(yī)個(gè)鏡頭， 然後增強光照，以便獲得足夠的灰度。然後考慮使用Cognex 視(shì)覺分(fēn)析工具中的CogPMAlignTool 工具進行分(fēn)析。這(zhè)是一(yī)個(gè)在可設定區域内尋找相似物體(tǐ)的工具。首先找出被檢測物上(shàng)具有明顯特征， 且與其周圍背景色差較大的部分(fēn)，将其設定為(wèi)被檢測物後，再圈定包含被檢測物的可尋找區域。設定相似度後， 取下(xià)被檢測物， 對該工件進行檢測，得到被檢測物不存在時(shí)的相似度檢測值。依據物體(tǐ)存在時(shí)的相似度值與物體(tǐ)不存在時(shí)的檢測相似度值的差值重新(xīn)設定門檻值。
4.2 檢測彈簧等表面色澤易變的物體(tǐ)
彈簧類物體(tǐ)的特征是表面色澤易受潤滑脂分(fēn)布，傾斜角度等因素影響， 進而形成與人(rén)眼觀察到的色澤差異較大的圖像。對此，可以考慮使用Cognex 視(shì)覺分(fēn)析工具中的CogPMAl ignTool 工具對圖像進行分(fēn)析。
設置方法同上(shàng)。因為(wèi)相似度不僅僅反映在色度上(shàng)， 也(yě)反映在形狀上(shàng)， 因此利用這(zhè)一(yī)工具可較好(hǎo)(hǎo)的識别該類被檢測物。
4.3 較小的檢測點檢測
小的檢測點往往形狀不夠突出，所對應的像素較少，用相似度工具查找時(shí)，因特征像素過少，容易誤判斷。因此，可選用Cognex 視(shì)覺分(fēn)析工具中的CogBlobTool 工具進行分(fēn)析。這(zhè)是一(yī)個(gè)通過設定色度的差異值來(lái)尋找特定區域被檢物體(tǐ)是否存在的工具。将Segmentation 中的mode 選為(wèi)Hard Threshold(Fixed)，将Polarity 選為(wèi)LightBlobs，Dark background 或Dark Blobs，Light background，然後設定檢測區域，點擊動态運行按鈕，調整Thr eshold的值， 觀察右側視(shì)窗中被檢物檢出情況的變化(huà)。取下(xià)被檢測物， 對該工件進行檢測， 得到被檢測物不存在時(shí)的Blob 檢測值。依據物體(tǐ)存在時(shí)的Blob 值與物體(tǐ)不存在時(shí)的檢測Blob 值的差值重新(xīn)調整Blob 設定值。
4.4 有油污的鉚點檢測
由于工況的不同， 某些(xiē)鉚點的表面會有一(yī)定程度的油污。這(zhè)就(jiù)使視(shì)覺檢測極易受到幹擾。可選用Cognex視(shì)覺分(fēn)析工具中的CogFindCircleTool 工具進行分(fēn)析。
這(zhè)是一(yī)個(gè)在選定區域内尋找圓并對圓進行測量的工具。
在Caliper Settings 選項中，Edge Polarity 選項應鈎選Any Polar i ty，因為(wèi)Dark to Light 和Light to Dark選項因受油污的幹擾誤判率較高， 而An y Pola r i ty 則是以設定的圓弧線為(wèi)基準，輔以色差的判斷，因此， 準确率很高。另外，Search Direction 選項中，Inward 和Outward的鈎選應以實測效果為(wèi)準。如(rú)果鉚釘為(wèi)規則的圓柱形，則可鈎選Inward，因為(wèi)未鉚接的鉚釘往往沒有油污， 半徑較小；而鉚釘為(wèi)星形時(shí)則應鈎選Outward，這(zhè)樣才可準确判定鉚釘的鉚接後半徑值。需要注意的是，Caliper 選項中的Number of Calipers 應根據圓的大小适當選得大一(yī)些(xiē)， 這(zhè)樣圓的判斷依據點較充分(fēn)， 得到的圓也(yě)更準确。
4.5 存在範圍可變的物體(tǐ)的檢測
某些(xiē)被檢物的位置不是固定的，而是在某一(yī)區域内随機存在， 這(zhè)就(jiù)意味着必須選擇合适的搜尋區域。為(wèi)此， 可以考慮使用Cognex 視(shì)覺分(fēn)析工具中的CogPMAlignTool工具進行分(fēn)析。該工具提供了(le)較為(wèi)多樣的邊框劃線工具，使得邊框的設置非常人(rén)性化(huà)。
4.6 孔的檢測
黑色物體(tǐ)上(shàng)通孔的檢測常常因為(wèi)色差過于接近而失敗。但(dàn)是， 如(rú)果在檢測夾具上(shàng)增加一(yī)個(gè)亮色的觀測物， 使其穿過通孔， 再選用Cog n e x 視(shì)覺分(fēn)析工具中的CogBlobTool 工具進行分(fēn)析，問題即可解決。
4.7 固定區域高亮或高暗的判别
用判斷某一(yī)區域亮或暗的方式來(lái)區分(fēn)物體(tǐ)有無是常見的處理(lǐ)方法，選用Cognex 視(shì)覺分(fēn)析工具中的CogBlobTool工具進行設置， 可達到這(zhè)一(yī)要求。另外， 設備在設計時(shí)應充分(fēn)考慮産品的工藝問題，某些(xiē)檢測物的表面可以通過産品工藝的改變而變化(huà)，這(zhè)也(yě)為(wèi)解決問題提供了(le)新(xīn)的思路(lù)。
5 結束語
視(shì)覺系統在不接觸物體(tǐ)的情況下(xià)， 可以快(kuài)速準确地檢測出物體(tǐ)的有無， 尤其是檢測點數量比較多， 分(fēn)布較為(wèi)集中； 随型号的不同， 同一(yī)位置被檢測物的種類較多， 形狀較為(wèi)複雜的情況下(xià)， 視(shì)覺檢測的優勢較為(wèi)突出。當然， 視(shì)覺系統的應用也(yě)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(lǐ)的調試視(shì)覺系統， 使其發揮最大的作(zuò)用， 仍有待于業界人(rén)士的共同努力。
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