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一应用设计：工业控制

基于机器视觉的弹簧组件外观检测

王黎萌丁洪萍

美国制造工程师协会(SME，视觉系统用于检测弹簧组件的组取对象特征。

SocietyofManufacturingEngineers)装质量。整个检测过程使用双摄像镜·位置调整和定标。定位感兴区域

机器视觉分会和美国机器人工业协会头，成90。夹角设置于两侧。当弹簧组并进行像素单位到毫米单位的转换。

(RIA，RoboticIndustriesAssociation)件运动到镜头前，镜头从两个方向同时·检测算法设计。针对具体应用设

自动化视觉分会对机器视觉系统的定义采集图像，经专用视觉软件计算得出测计外观尺寸测量、字符读取、二维码读

为；机器视觉系统是通过光学装置和非量数据，在LCD显示屏上显示产品质量取等检测算法，对特殊应用场合编程设
接触的传感器自动地接收和处理一个真状况为OK或NG，并给出各个参数的测计软件扩展模块。

实物体的图像，以获得所需信息或用于量值。如果质量为OK，继续执行之后·系统测试。对于大批量检测任

控制机器人运动的装置。的工序；如果为NG，工作站将报警并暂务，需要对系统的稳定性和精度进行试

在汽车零配件组装生产线上，视觉检停工作等待处理。生产测试。分析误判、漏判等异常状况，

测系统已经是不可或缺的重要组成部分。2系统功能改进前述步骤，统计视觉检测的成功

自动化装配线具有批量生产，各道工序之视觉系统对各产品类型的主辅两种率，直至满足生产要求为止。

间依赖洼强，精度、稳定性要求高的特点。弹簧组件的加工尺寸和组装质量进行实2光源、镜头选取及成像效果

因此，生产环境、被测对象的特征、可以时监控。主要指标包括：弹簧的外径、活由于被测量是弹簧组件的外观尺

预计及不可预计的偶然因素在很大程度上塞的外径以及同心度的测量。严格将各寸，所以采用LED背光源可以有效地突

影响了视觉系统的设计方案，需要仔细分个指标控制在质量要求的误差范围内，出被测物体的边缘。另外，考虑到镜头、

析和检验测量算法的合理性和精确性。最后综合评定产品质量的好坏，以达到物体和光源组成的光学系统的安装位置

在实际设计过程中，一方面生产部质量控制的功能。受机器上的预留空间限制，因此采用

门会提出标准产品允许的误差范围，另12mm焦距的标准镜头。被测物体最大

一方面视觉系统有自身可以达到的精度视觉检测系统设计长度在100mm左右，即要求取景视野要

水平。只有当视觉系统所能达到的精度l搭建视觉检测系统通常包括以下大于100mm，物距大致在200mm附近。

水平高于标准产品的精度要求时，视觉步骤调小光圈，抑制金属表面的反光，微调

检测才是有效的。本文将以弹簧组件的·搭建光学系统，获取质量良好的镜头、物体和光源的相对距离，可以得

尺寸检测为例，研究分析视觉检测中的图像。图像要能够突出被测对象的特到物体边缘清晰的图像。

精度问题，并提出相应的解决方案。征，方便对象提取，这是决定系统设计3图像预处理

成败的先决条件。对于外观尺寸检测，边缘的清晰程

背景·图像预处理。过滤图像噪声，通度直接影响检测的精度。为此该系统中采

l系统描述过二值化、边缘锐化等图像处理算法提用3×3的边缘锐化模板处理原始图像。

_今日电子·2007年5月

应用设计：工业控制一

通过检测灰度跳变可以很容易地检的双摄像镜头，故进一步推算得出两圆

测到活塞的边缘，并以两条直线间的最心间的距离。在此假定弹簧的倾斜程度

小距离作为活塞的外径。很小，可以认为弹簧顶面和活塞顶面平

·弹簧外径检测行，弹簧和活塞的位置如图3。推算圆心

由于弹簧的轮廓为锯齿形，所以先间距的公式2如下：

检测锯齿尖端轮廓，然后将三段边缘拟
d=
合为一条直线，从而可以如同活塞外径

一样以两条直线间的最短距离作为弹簧为说明测量的精度，简单采集10个

的外径。图2说明了这个过程。样本图像，得到表1中列出的样本数据。

表l弹簧和活塞的圆心距测量结果
曩lii(趋=lln)ij
置萱萱：_|1_l_0．7⋯553_
羹强毒2j。¨0．7562

iil羞—
(a)(b)(c)(d)3々：0．7699。
4o．7485．纛r

图2(a)弹簧轮廓．5。。O．7698
(b)拟合弹簧轮廓得到的直线6_o_7385：·
(c)将弹簧和活塞外边缘作为测量对象≥70．7_433j一
(d)弹簧和活塞外径的测量结果¨强一奠8一．垮r-■t0．7442s燕
j9．誊0．7502。
·同心度检测方法100O7720
转换系数=c
同心度定义为两圆圆心的接近程
囊la2
在此，实际长度为活塞的外径，加度，一般以两圆心之间的距离作为量●-．．—＼1-r

．
工精度精确到0．1mm，而像素长度从预度。然而