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1檢測系統介紹

機器視覺檢測系統不僅僅是視覺，它與機械結構、運動控制、硬件系統和軟件系統緊密聯系，不可分割。穩定的機械結構定位、快速精確的送料系統、可靠的硬件系統和友好靈活的軟件系統都是一個成功的視覺檢測系統設計所必須考慮的因素。

1.1系統原理

本系統根據機器視覺檢測技術原理來進行設計和選型。由機器視覺系統原理的論述，我們可知系統原理是對從真實世界采集到圖像信息使用一系列的軟件算法進行處理分析，提取我們所需要的特征信息和計算結果，計算機將根據我們所設定的標準對結果進行判定，再根據檢測結果反饋對控制執行機構進行操作的控制過程。

1.2檢測項目與要求

目前，機器視覺在電子接插件整個制造流程中都有一定的應用，只是根據工藝特點和要求的不同，其所扮演的角色各有不同。沖壓是接插件金屬端子的制造區，作為接插件的主要構成部分，金屬端子的形狀、尺寸影響著后續的工藝及成品的質量。因此，在沖壓工程中必須對金屬端子的關鍵尺寸和表面缺陷等外觀質量進行在線檢測，以保證金屬端子的品質，減少不良品的數量，并且對檢測數據進行統計分析，以便及時發現生產中的問題，進行維護保養。對沖壓后的接插件進行視覺檢測是減少損失的關鍵環節。接插件的外觀質量缺陷通常具有復雜性和多樣性的特點，目前接插件的外觀質量還沒有統一的標準。本文根據某大型接插件生產廠商提供的缺陷情況，歸納得出所檢測接插件的外觀質量缺陷主要是影響其功用的引腳缺陷、魚眼缺陷和表面缺陷。1)引腳尺寸在沖壓過程中，由于長時間工作后模具出現磨損，或者金屬料帶出現偏斜、拱起，會使沖壓后的接插件出現引腳偏細或偏粗。2)引腳間距由于金屬料帶與沖壓模具之間的水平相對運動存在移位、阻滯等現象，同時金屬料帶在傳送過程中與料槽存在碰撞或摩擦，容易使沖壓后的接插件出現引腳歪斜扭曲，這種缺陷在引腳較長的接插件中很容易出現。3)魚眼缺陷沖壓過程中，由于模具與金屬料帶的垂直運動距離不足，導致魚眼沒有或者沒有被壓穿。4)表面缺陷接插件與料槽間存在碰撞和摩擦現象，會使接插件表面產生細長狀的劃痕，沖壓過程中，料帶上的金屬跳屑容易引起接插件表面壓傷，壓傷比劃痕粗，一般呈不規則凹陷狀。沖壓模具與金屬料帶的垂直相對運動存在移位、阻滯，易引起毛刺、飛邊缺陷，飛邊比毛刺要粗一些。

1.3系統組成及其工作流程

根據機器視覺檢測系統的原理和本系統的功能要求，可知本系統主要由料帶傳送部分、圖像采集部分、圖像處理部分、單片機控制部分組成。機器視覺檢測系統的主要工作流程是:首先，計算機接收來自相機或圖像采集卡的圖像信息;然后根據檢測系統的功能要求，對獲取的圖像進行相應的分析處理，完成檢測任務;最后輸出檢測結果。

2核心圖像處理模塊

2.1定位孔檢測

由于受到各種機械和電子干擾或遲滯的影響，在視覺系統每次所采集的圖像上，待測物體的位置都會有變化，因此在進行產品質量檢測之前，系統必須首先在視野范圍內確定目標被測物的位置，并且所采用的算法能夠自適應被測物體在圖像中的位置變動。接插件的沖壓工藝為:沖定位孔→分離→沖外形→寬邊彎曲Z形彎曲，定位孔是接插件沖壓中必不可少的重要部分，并且重復定位精度高，接插件其它部分的位置都是以定位孔為參考基準的，因此本系統選用接插件圖像上的定位孔作為待檢接插件位置信息的基準，并以此實現其它檢測模塊的定位。一般情況下，本檢測系統的滑槽限位夾具機構加上高精度的伺服運動控制能夠保證被測接插件在圖像中的位置變化不會太大，這提高了系統利用定位孔實現目標圖像位置信息獲取的穩定性。倘若出現個別被測接插件的定位孔無法獲取，不能確定目標圖像的位置信息，通常可以認為檢測系統的傳動系統出現了嚴重的問題或者是沖壓機床出現了生產故障。

2.2魚眼檢測

魚眼檢測需要完成對接插件產品中魚眼大小和數量的檢測，對魚眼的尺寸參數精度要求不高，因此本系統采用快速的Blob分析算法完成對魚眼的質量檢測。魚眼檢測的具體流程是:首先通過系統所獲取的定位孔位置信息和接插件產品參數確定魚眼ROI的位置，然后在魚眼ROI內進行圖像二值化，再進行Blob分析獲取魚眼的面積、長軸和短軸等參數，最后根據系統設置的容許值進行結果判斷。

2.3引腳檢測

引腳是接插件產品的關鍵部分，需要完成對其尺寸的測量。本系統采用邊緣檢測算法實現對引腳長度、寬度、傾斜度以及引腳間距的測量。引腳檢測的具體流程為:首先通過系統所獲取的定位孔位置信息和接插件產品參數確定引腳ROI的位置，然后在引腳ROI內進行邊緣檢測獲取引腳的尺寸參數，最后根據系統設置的容許值進行結果判斷。

2.4表面缺陷檢測

表面缺陷檢測部分的核心是在接插件的目標表面圖像中尋找存在的缺陷，并定位和判斷。接插件產品的表面缺陷主要是劃痕和壓傷，需要檢測的部分涉及整個表面，待檢面積較大，同時產品的形狀復雜，這就要求表面缺陷檢測算法必須注重時間性能。表面缺陷檢測算法多種多樣，其經典算法有圖像差影法、缺陷圖像的特征提取與選擇和形態學處理等。為了適應接插件的高速在線檢測，本系統根據接插件產品自身特點，將形態學和差影法相結合，對傳統的差影算法進行了改進，以提高系統的穩定性。表面缺陷檢測的具體流程是:首先確定表面檢測ROI設置標準模板，然后采用改進的差影算法進行表面缺陷定位，再采用Blob分析確定表面缺陷的參數獲取，最后根據系統設置的容許值進行結果判斷。

3實驗結果及分析

3.1系統運行速度結果及分析

通過多線程技術，并且采用多核計算機，本機器視覺檢測系統實現了四幅圖像采集和處理的并行操作，因此系統的運行時間取決于四個檢測部分最慢的一個。理論圖像采集傳輸時間是由圖像大小和采用的圖像傳輸方式以及硬件決定(硬件引起的差異一般很小)。本系統的圖像大小為656×492(8位像素深度)，采用IEEE1394b火線傳輸協議(理論支持100MB/s數據傳輸);本系統采用的相機數據傳輸速度可以達到62.5MB/s，所以理論圖像傳輸時間為656×492/62.5=5.2ms;又由于一張1394卡插的是兩個相機，相當于兩個相機共用一條總線，時間要乘以2，即是10.4ms，再加上少量的曝光時間，所以理論上一個相機的圖像采集傳輸時間是大于10.4ms的。圖像處理時間沒有一個理論的計算，因為程序部分較為復雜，所以采用實際運行測量來估算。

3.2系統檢測精度及分析

系統的檢測精度主要是針對引腳的長度、寬度及間距而言的，影響因素有相機的像素當量和圖像的處理算法。相機像素為656×492，圖像視野大小為30.8mm×23mm(不同的相機由于相機高度和焦距調整的細微差距可能存在較小的波動)。此個測試相機通過標定計算，像素當量為0.047mm。本系統采用的算法中，定位孔的檢測基于邊緣檢測是亞像素精度算法，魚眼檢測算法和表面缺陷算法基于BLOB分析是像素精度，尺寸檢測算法基于邊緣檢測是亞像素精度，所以整個系統的圖像算法精度是控制在正負一個像素當量的范圍之內的。

4結論

根據接插件生產廠商所提出的產品外觀質量檢測要求，綜合機器視覺檢測系統的原理和特點，本文成功地將機器視覺檢測技術應用到接插件外觀質量檢測領域，研究并開發了基于機器視覺的接插件外觀質量檢測系統，實現了對接插件各種沖壓缺陷(包括尺寸參數和表面缺陷)的在線檢測，并且達到了廠家測量誤差小于±0.05mm、檢測周期小于200ms的檢測要求，提高了接插件檢測的自動化程度。檢測系統軟件以VisualC++6.0為開發平臺，基于第三方圖像處理軟件開發包進行二次開發，采用面向對象的設計方法和多線程編程技術，降低了系統的開發難度，系統的可讀性、可操作性、可擴展性和可維護性較好，同時系統的界面友好，操作簡單，符合現場操作人員的使用習慣。

作者:鄒龍飛 韓震宇 馬鵬 蘭云 單位:四川大學