用于在线测量的视觉检测系统.pdf

第卷第期仪器仪表学报吻
年月

用于在线测量的视觉检测系统关

邹定海叶声华王春和郭育

天津大学精密仪器工程系

摘要本文提出了视觉检测概念,建立了用于三维尺寸测量的视觉检测系统。系统使用了两
种不同类型的视觉传感器,以完成空间不同点三维坐标值的测量。将该系统用于一汽一轿
车白车身左侧围的测量,取得了令人满意的结果,与坐标测量机的测量结果进行比较,两
者具有较好的一致性。
关键词机器视觉视觉检测白车身

目日舀

现代化加工环境的不断改进和完善,工厂车间中产品质量的日益提高,正迫切地需要生产
现场拥有更有效的质量保证措施。过去几年来,机器视觉或计算机视觉在技术和应用方面取
得了显著的成就。机器视觉的实现,起初主要是由从事人工智能的学者完成,其目的是赋予机
器类似生物体所特有的视觉信息处理能力。“视觉检测”作为机器视觉的一个应用概念,其内容
不仅在于视觉感知、知识和模式识别等,更着重于空间几何尺寸的精确检测和定位。本文所提
出的“视觉检测”一词是一个视觉应用概念,是指用最新开发的、仍在更新的机器视觉方法来监
视、检测典型的工业过程。〔二
视觉检测具有视场宽、量程大、非接触及较高精度等优点,其应用正在取代一些传统的传
感器,完成“离线”和“在线”测量。在许多视觉方法中,基于三角法的结构光法应用较广,适合于

,
几何尺寸的测量。〔二尽管这种方法具有“遮挡”的缺点,但对一些特殊的测量对象而言,如相对
尺寸、棱边位置、表面位置及孔中心等,这种缺点可以避免。实际上,工业生产中的许多被检对
象工件具有位置受限、确定性和稳态数可知等特征。
概括起来,结构光方法包括光条结构光、网格结构光、样图结构光以及莫尔条纹分析法
等。它们当中光条结构光法适合于检测棱边位置,网格结构光法可用于测量表面位置、表面形
状或孔缝中心等。不管何种方法,其结构都应具一个主动受控的投射器和一个摄象机如
才聂象机,同时一定的图象存贮器用以存放由投射图样覆盖的景物图象,投射

。
,本文于,年污月收到国家“八·五”重点攻关项目一一一。,并得到国家科委视觉检测基础研究课题的资
助。
仪器仪表学报第卷

器的作用是产生所需的结构光。
本文介绍的系统使用了两种基于结构光法的视觉检测传感器轮廓传感器和表面传感器。

视觉检测系统的原理和组成

建二本文所述系统的目的是实现外形尺寸较大的物体如小轿车车身上一些特征点的三
维坐标测量。这些点往往是按的设计尺寸进行加工后的总成或分总成如焊装后的轿车
白车身上的关键点,其分布是按设计要求分散在工件的不同位置,具体表现为棱边位置、表
面位置在法线方向、断边顶点、单点或多点偏差、表面特征孔、缝等等。为了实现这些离散
点的测量系统采用所谓的“立体看台”安装策略,将多个传感器独立安装在其相应的空间位
置以监测该点的坐标变化。
系统所用的轮廓传感器基于光条结构光法,它由光条投射器和摄象机组成。光条投射
器产生一个光条结构光,它由半导体激光器经光学系统形成。表面传感器基于网格结构光,其
投射器与轮廓传感器的不同,它选用光栅投影方式实现多光条结构光的编码,其图象处理时要

」
正确地识别光平面的编码序号。‘
多个视觉传感器由夹具支撑在一固定冈性框架上,其工作距离和方位是非常灵活的,中间
可以插接多种用途的关节或转向夹具。这徉固定方式是为确保各传感器的稳定性,同时又有灵
活性,让传感器可以同时“看到”棱边的两个面或在表面和孔面的法线上。这种读取信息的方式
是按设计要求安排的。传感器布置在被测车身左侧围各测量点处,侧围由几个紧固销钉固定,
并可方便地更换被测车围。
各传感器通过多股电缆线与控制柜相连。控制柜内设有计算机接口、可编程逻辑控制单
元、多路选一译码、信号及电源切换电路等。此外,它与计算机通讯,具有状态回读和当前作业
点指示功能。整个系统除了控制柜外,还有一台计算机、电源箱和图象监视器。电源
箱提供系统所需的所有直流工作电压。计算机内装有一块伪彩色图象采集卡。各个传感器内
摄象机输出的图象信号由这一个图象卡接收,完成图象数据采集和贮存。当前处理的图象是由
计算机控制截取,每次激活一个传感器中的投射器和接收器,依次逐点完成设定点数的测量。
由摄象机获得的关于被测物体的图象,经计算机软件算法处理,从图象信息中提取

‘
出相关的被测点边的坐标偏移信息。图象算法的目标是从一图象信息复现已经丢失”的

一一,、、
空、描述或省简图它包括图象滤波亚象素级光条算法曲线拟合和坐标复现
等

视觉检测系统实验

系统的实验内容有两部分一部分是传感器的实验,另一部分是现场系统实验。第一部分
实验包括传感器内部结构的调整和其本身结构参数的确定,这些统称为“局部校准”。实际上,
该过程是确定一个相对于传感器本身、用于表征被测物体的局部坐标系。这一步通常是传