機(jī)器視覺(jué)的彈簧自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)模塊及組成

基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，設(shè)計(jì)出一套高效、可靠的彈簧自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，使之能夠代替操作人員繁瑣的勞動(dòng)。該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確識(shí)別缺陷與精確測(cè)量尺寸的同時(shí)，還應(yīng)滿足實(shí)時(shí)性、可靠性、便于維護(hù)等要求。
 

系統(tǒng)的硬件部分主要基于線掃描影像系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合線陣相機(jī)采集彈簧展開(kāi)圖像后，經(jīng)NI PCI-1428圖像采集卡送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。軟件部分則以LabVIEW為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合IMAQ、SQL Toolkit等開(kāi)發(fā)包在短時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)彈簧自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)彈簧表面缺陷及尺寸（包括彈簧自由長(zhǎng)度、線徑、節(jié)距及有效圈數(shù)）。

彈簧表面質(zhì)量檢測(cè)是彈簧加工的重要環(huán)節(jié)。檢測(cè)時(shí)，人們通過(guò)各種試驗(yàn)方法對(duì)彈簧的性能進(jìn)行測(cè)定，從而把彈簧的質(zhì)量定量數(shù)值化，為企業(yè)的質(zhì)量管理與追蹤提供正確的評(píng)定依據(jù)。彈簧的成品檢驗(yàn)主要包括對(duì)彈簧的外觀檢測(cè)、尺寸檢測(cè)、負(fù)荷檢測(cè)等內(nèi)容，這里我們主要完成對(duì)彈簧的外觀檢測(cè)和尺寸檢測(cè)（包括彈簧長(zhǎng)度、線徑、線徑間距和有效圈數(shù)）。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的彈簧檢測(cè)方法一般是人工用游標(biāo)卡尺等工具目測(cè)，這種方法不僅效率低，而且誤差大。有些公司也從國(guó)外進(jìn)口先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行彈簧自動(dòng)檢測(cè)，這一方面大大增加了生產(chǎn)成本，另一方面設(shè)備的維護(hù)也很困難。針對(duì)以上不足，自主開(kāi)發(fā)基于機(jī)器視覺(jué)的彈簧自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)具有十分重要的意義。該系統(tǒng)主要基于NI公司的LabVIEW圖形編程環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)，界面簡(jiǎn)潔友好，方便檢測(cè)人員操作。對(duì)于同一規(guī)格的彈簧，系統(tǒng)在得到彈簧的所有數(shù)據(jù)后與對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，對(duì)彈簧進(jìn)行分類。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方法，該方法檢測(cè)速度快，精度更高，可靠性更強(qiáng)。

1.1檢測(cè)系統(tǒng)的組成部分

彈簧自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示，彈簧水平置于白色旋轉(zhuǎn)軸上，由步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。PLC除了負(fù)責(zé)發(fā)出脈沖驅(qū)動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)外，也將此脈沖作為外部觸發(fā)信號(hào)接入圖像采集卡，以保證采集到等比例的圖像。相機(jī)采用德國(guó)Basler公司的線陣相機(jī)系列Basler L101k-2k，配合NI公司的PCI-1428圖像采集卡一起完成圖像的采集工作。采集的彈簧展開(kāi)圖如圖1所示。相機(jī)采集完一幀彈簧的展開(kāi)圖后，經(jīng)圖像采集卡送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。計(jì)算機(jī)主要完成硬件的配置及初始化、圖像處理、數(shù)據(jù)分析與保存等功能。經(jīng)圖像處理得到彈簧表面缺陷和尺寸的關(guān)鍵參數(shù)后，計(jì)算機(jī)將其與對(duì)應(yīng)規(guī)格的彈簧標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)信息進(jìn)行比對(duì)，以標(biāo)識(shí)不合格彈簧。

圖 1 彈簧自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)示意圖

1.2線陣相機(jī)與采集卡的配合

線陣相機(jī)的取像原理與面陣不同，它每次只采集一行圖像，只有在鏡頭與被拍攝物體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)才能采完一幀完整的二維影像。圖2中，縱向?yàn)榫€陣傳感器的方向，其分辨率由線陣CCD決定；橫向表示相機(jī)的掃描方向，其分辨率由步進(jìn)電機(jī)的最小步距決定。電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度過(guò)大，圖像會(huì)被壓縮，如圖2（b）所示；速度太小，圖像則會(huì)被拉伸，如圖2（c）。

圖 2 運(yùn)動(dòng)速度不同時(shí)的對(duì)應(yīng)成像效果

為了得到等比例的圖像，設(shè)置相機(jī)工作于外部邊沿觸發(fā)模式，如圖3。在這種模式下，相機(jī)的線掃率完全由外部信號(hào)的頻率決定，兩者關(guān)系公式：線掃率＝1／外部信號(hào)頻率。NI公司的PCI-1428圖像采集卡提供了四對(duì)外部觸發(fā)端口（分別從Trig_(0)到Trig_(3)，輸入信號(hào)類型為TTL電平），支持線陣相機(jī)的外同步取像模式。將PLC發(fā)出的脈沖接入PCI-1428采集卡的任一外部觸發(fā)端口，這樣就實(shí)現(xiàn)了馬達(dá)轉(zhuǎn)速與線掃率之間的對(duì)應(yīng)。MAX（Measurement & AutomaTIon Explorer）是NI公司開(kāi)發(fā)出來(lái)方便用戶對(duì)各種硬件進(jìn)行設(shè)置和測(cè)試的軟件。在MAX中，可以根據(jù)需要配置采集卡的基本參數(shù)，如取像模式，圖像大小，觸發(fā)信號(hào)的類型等。

圖 3 外部邊沿觸發(fā)模式（ExSync，Edged-controlled Mode）