導(dǎo)語：機(jī)器視覺在零部件質(zhì)量檢測上應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：零部件作為制造行業(yè)的基礎(chǔ)，其質(zhì)量高低直接影響到該行業(yè)未來的發(fā)展，加強(qiáng)對零部件表面缺陷或尺寸等質(zhì)量的檢測顯得尤為重要。隨著零部件趨向精細(xì)化發(fā)展，傳統(tǒng)的質(zhì)量檢測技術(shù)已經(jīng)不能滿足零部件檢測的需要，以機(jī)器視覺技術(shù)為代表的新型零部件質(zhì)量檢測技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，具有非接觸、精度高和反應(yīng)快等優(yōu)點。零部件的質(zhì)量檢測是零部件加工后的重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)檢測方法對螺栓和氣門關(guān)鍵部分的質(zhì)量檢測精度和效率較低。根據(jù)螺栓和氣門的檢測特點設(shè)計基于機(jī)器視覺的檢測方案。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；螺栓；氣門

1機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)的設(shè)計分析

1.1機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

為實現(xiàn)對零部件質(zhì)量的準(zhǔn)確檢測，機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)通常由圖像采集模塊、光學(xué)成像模塊、機(jī)械運動模塊以及圖像處理模塊四個部分組成。其中，圖像采集模塊的主要功能是以電信號的形式將被檢測零部件的質(zhì)量信息反饋給計算機(jī)。圖像處理模塊通過預(yù)先設(shè)計好的算法程序?qū)崿F(xiàn)對圖像的預(yù)處理，從而提高視覺檢測系統(tǒng)的檢測精度，機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)的結(jié)果可以通過計算機(jī)的通訊接口直接輸出。機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)在檢測零部件質(zhì)量時，會有電機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)零部件送到預(yù)先設(shè)置的位置，相機(jī)對零部件進(jìn)行圖像采集并將結(jié)果送到計算機(jī)中，圖像處理模塊對零部件的質(zhì)量缺陷進(jìn)行識別。

1.2機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)相機(jī)與鏡頭的選擇

圖像傳感器及工業(yè)相機(jī)的設(shè)計是整個檢測系統(tǒng)的重要部分，目前常用的工業(yè)相機(jī)傳感器包括CCD和CMOS兩種。兩種相機(jī)均利用了光電效應(yīng)實現(xiàn)光信號與電信號之間的轉(zhuǎn)換，并將零部件的質(zhì)量信息存儲在計算機(jī)中。CCD相機(jī)與CMOS相機(jī)相比，具有更好的輸出信號一致性，這是由于CCD相機(jī)只有少數(shù)幾個輸出節(jié)點，而CMOS相機(jī)需要對每個像素都應(yīng)用放大器并需要電壓電荷轉(zhuǎn)換，因此輸出信號的一致性降低。CMOS相機(jī)由于對信號帶寬要求不高，較CCD相機(jī)具有更長的使用壽命。CCD相機(jī)需要更加復(fù)雜的加工工藝，而集成度低，同時也增加了生產(chǎn)成本。CMOS相機(jī)不僅具有更高的集成度，而且具備更高的成本優(yōu)勢。鏡頭是圖像采集過程中的重要器件，高質(zhì)量的鏡頭才能獲取更加清晰的零器件信息，方便后續(xù)過程的操作。在進(jìn)行鏡頭選擇時，需要考慮到相機(jī)以及被檢測器件的尺寸，當(dāng)鏡頭尺寸選擇為1/2時，就可滿足鏡頭成像遮住鏡頭傳感器，從而滿足圖像的清晰度要求。

1.3機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)光源的設(shè)計

對系統(tǒng)光源的設(shè)計是機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)的另一個重要內(nèi)容，設(shè)計科學(xué)合理的照明系統(tǒng)可以保證圖像具有更加明顯的信息特征，可確保后續(xù)檢測流程的順利進(jìn)行。在進(jìn)行照明系統(tǒng)設(shè)計過程中，主要需要考慮到被檢測零部件是否在檢測過程中處于均勻的光照環(huán)境中，確保零部件的輪廓信息的準(zhǔn)確提取。若零部件處于不均勻的光照環(huán)境中，直接導(dǎo)致機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)檢測成功率的下降。在諸多光源中，LED光源具有使用壽命長、抗抖性能高以及造價成本低等特點，因此采取LED環(huán)形光作為機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)的光源。此外，當(dāng)光源被安置到不同位置時，相機(jī)也會拍出不同的圖像特征，若是光源位置設(shè)計不合理，直接導(dǎo)致成像的偏差，為后期的圖像處理環(huán)節(jié)增加困難，因此需要根據(jù)零部件的結(jié)構(gòu)特點合理安排光源位置。

2對螺栓表面的螺紋缺陷檢測

2.1螺栓表面的螺紋缺陷檢測方案

螺栓是工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用的零部件，其質(zhì)量直接影響到機(jī)構(gòu)的正常功能。螺栓在生產(chǎn)加工過程中，會出現(xiàn)卷紋或劃傷等缺陷，加強(qiáng)對螺栓表面缺陷的檢查，才能保證零部件的使用質(zhì)量和使用壽命。在設(shè)計螺栓表面的螺紋缺陷檢測方案時，將螺紋表面定義為正常、卷紋及劃傷三種狀態(tài)，加工好的螺栓被運送到運動圓盤的中部，并由LED環(huán)形光源提供照明環(huán)境，由工業(yè)相機(jī)對螺栓表面的狀態(tài)進(jìn)行識別，最后由貝葉斯判別函數(shù)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來判別被檢測零部件的狀態(tài)。當(dāng)檢測到零部件存在缺陷時，則停止檢測；若不存在缺陷，則改變零部件位置對另一面進(jìn)行缺陷檢測。

2.2圖像預(yù)處理

機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)在實際工作中，工業(yè)相機(jī)提取的圖像信息可能會出現(xiàn)缺失或模糊，因此需要對所獲取的圖像進(jìn)行預(yù)處理，從而提高圖像質(zhì)量。圖像預(yù)處理主要任務(wù)包括突出有用信息和弱化無用信息兩部分，為提高圖像的可讀性。常用的圖像預(yù)處理手段包括去噪、增強(qiáng)、分割和二值化等步驟。在對螺栓表面缺陷進(jìn)行檢測過程中，圖像預(yù)處理包括灰度變換和圖像去噪兩個操作，其中灰度變換是將校正彩圖轉(zhuǎn)化為灰度圖，從而提高螺紋的特征值。由于光源或成像時存在灰度，導(dǎo)致圖像變得模糊，通過灰度處理實現(xiàn)拉伸變換，獲得更加清晰的圖像。此外，圖像在采集和傳輸過程中受到外界干擾，從而導(dǎo)致圖像品質(zhì)降低，通過濾波操作可以減少噪聲，進(jìn)而提高圖像質(zhì)量。

2.3對螺栓表面紋理的特征提取

基于機(jī)器視覺系統(tǒng)對螺栓表面缺陷的識別，其重要工作是對螺栓表面的紋理特征進(jìn)行提取，零部件的紋理信息通常由圖像上的局部不規(guī)律顏色或灰度變化反映出來，進(jìn)而在宏觀上呈現(xiàn)出規(guī)律性的特性。由于零部件在成像后的紋理信息固定，因此可以反映出零部件的質(zhì)量信息。圖像紋理主要具有規(guī)則性、方向性及粗糙度等特性，可用來直接描述圖像的空間信息?；趫D像紋理的機(jī)器視覺系統(tǒng)已經(jīng)成為零部件質(zhì)量檢測的重要發(fā)展方向，特別是對于缺陷或模糊的零部件圖像具有更好的檢測效果，在具有大量相近像素的圖像中采取表面紋理分析，經(jīng)驗證可以取得更好的識別效果。

3氣門關(guān)鍵部分的幾何尺寸檢測

在零部件檢測過程中，零部件的尺寸是衡量零部件是否合格的重要標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)尺寸的檢測結(jié)果可以預(yù)判生產(chǎn)的零部件是否合格；同時對檢測的零部件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到零部件的生產(chǎn)規(guī)律，如生產(chǎn)多少個零部件后精度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)需要重新調(diào)試設(shè)備等問題，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率并預(yù)防質(zhì)量不合格問題的發(fā)生。探討如何檢測零部件中氣門的長度與直徑尺寸.

3.1長度的測量

檢測氣門長度的方法是通過檢測氣門兩端平行直線的距離來測量出氣門的長度。測量氣門兩端平行直線的方法如下：首先確立氣門兩端的平行直線，獲得直線方程，最后測量兩條平行于氣門始末段直線上水平點兩點之間的距離，確定氣門的長度。確立直線的過程中有很多方法，如最小二乘法、霍夫變換方法等。研究選用最小二乘法進(jìn)行直線的擬合，確立直線方程。測量的具體過程如下：首先，確立檢測的范圍，并用坎尼算子進(jìn)行邊緣的大致定位，通過二項式插值法確定邊緣的具體定位，獲得亞像素級的邊緣坐標(biāo)；其次，采用最小二乘法對亞像素級邊緣左邊進(jìn)行處理，獲得直線擬合方程，根據(jù)直線擬合方程計算平行于頂端面上多點到平行于底端直線多點之間距離，根據(jù)水平多點間的距離去除異常數(shù)據(jù)，再取多個測量直線距離的平均值為氣門總長的像素數(shù)；最后，將所得到的像素數(shù)乘以標(biāo)定系數(shù)就可以得到氣門的長度，判斷是否合乎工程要求。

3.2直徑的測量

氣門的直徑檢測分為桿端直徑、近桿直徑與桿徑等，根據(jù)檢測對象的不同可以選擇不同的檢測方法。被測零部件的直徑有氣門的桿端直徑、近桿端直徑和桿徑等，以及氣門的盤徑和槽徑，根據(jù)直徑的不同可以選擇不同的測量方法。研究僅討論桿端直徑、近桿端直徑與桿徑這一類直徑測量的問題。桿端直徑、近桿端直徑與桿徑這一類直徑的測量要求檢測精度較高，直線擬合與最小外接矩形方法較為粗劣，達(dá)不到檢測目標(biāo)。因此，桿端直徑、近桿端直徑與桿徑這一類直徑的測量方法如下：首先，選取測量的范圍，用坎尼算子進(jìn)行粗劣定位，再應(yīng)用改進(jìn)二項式插值法進(jìn)行直徑邊緣精準(zhǔn)定位，獲得亞像素級邊緣坐標(biāo)；其次，選取邊緣直徑上的多對兩點坐標(biāo)，并取其平均值為直徑像素數(shù)后再乘以標(biāo)定系數(shù)，可得到氣門的測量直徑。

4結(jié)束語

機(jī)器視覺技術(shù)目前已經(jīng)應(yīng)用到多個領(lǐng)域，機(jī)器視覺技術(shù)能夠替代人工，提高企業(yè)自動化程度。探析了機(jī)器視覺的基本理論及基本概念，說明了螺栓表面欠缺檢測技術(shù)、氣缸的長度及直徑檢測案例，希望能夠為機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)一步落實及深入研究略盡綿薄之力。

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作者:郭曉麗 單位:青島市技師學(xué)院