機器視覺技術(shù)

工程運用案例簡介廣州市暨南大學(xué)信息科技學(xué)院電子工程系王思華教授:twangsh@手機接口電路板機器視覺自動檢測系統(tǒng)〔1〕消費現(xiàn)場的自動檢測系統(tǒng)手機接口電路板機器視覺自動檢測系統(tǒng)〔2〕自動檢測系統(tǒng)的主界面手機接口電路板機器視覺自動檢測系統(tǒng)〔3〕檢測對象〔正面〕檢測對象〔反面〕手機接口電路板機器視覺自動檢測系統(tǒng)〔3〕該系統(tǒng)由光源、鏡頭、攝像頭、圖像采集卡、精細(xì)XY運動平臺、計算機和專門開發(fā)的運用軟件組成，用于檢測手機接口電路板質(zhì)量，其中包括檢測每個接口電路板中的三個器件的位置和尺寸等參數(shù)。系統(tǒng)實現(xiàn)了大批量電路板組件質(zhì)量的快速準(zhǔn)確檢驗。被檢測的大電路板上包含有30個接口電路板，為了保證丈量精度，每次檢測只針對一個接口電路板。因此，必需經(jīng)過XY運動平臺挪動電路板。電路板檢測完后才進展分割，并淘汰不合格產(chǎn)品。系統(tǒng)采用美國NI公司先進的機器視覺技術(shù)，還有數(shù)據(jù)記錄和分析的功能。該系統(tǒng)具有丈量準(zhǔn)確、快速、擴展性強和性價比高等特點。該技術(shù)可適用于其他小型的電子和機械零部件的幾何尺寸丈量。機器視覺定位三角鋼琴公用數(shù)控鉆床〔1〕消費現(xiàn)場中的公用數(shù)控鉆床機器視覺定位三角鋼琴公用數(shù)控鉆床〔2〕機器視覺定位子程序界面鋼琴的琴弦和弦柱光源與相機的密封盒激光測距模塊機器視覺定位三角鋼琴公用數(shù)控鉆床〔3〕該工程專門為我國最大的鋼琴制造企業(yè)開發(fā)，用于三角鋼琴弦柱安裝孔的加工。機器視覺技術(shù)在此工程中處理了大尺寸笨重設(shè)備加工的準(zhǔn)確定位問題。其主要技術(shù)目的有：1.機床加工范圍1500×350×60mm；2.鉆孔位置的精度：0.1mm，其中的機器視覺定位精度目的為0.02mm；3.鋼琴一次裝夾的鉆孔數(shù)量為230多個，可加工15種以上的型號規(guī)格的三角鋼琴。該系統(tǒng)采用NI的機器視覺技術(shù)，系統(tǒng)中的三軸控系統(tǒng)亦由本研討室自行設(shè)計；4.鉆孔的角度偏向小于0.5度，鉆孔的斜度為84度。為此，系統(tǒng)中還采用了激光測距傳感器在鉆孔前對琴面進展程度檢測，以保證鉆孔斜度目的符合技術(shù)要求。生物醫(yī)學(xué)微粒檢測與分析系統(tǒng)〔1〕生物醫(yī)學(xué)微粒檢測與分析系統(tǒng)〔2〕該工程主要義務(wù)是利用機器視覺技術(shù)實現(xiàn)粒子的檢測和分析。是用于微小〔幾十至幾百納米直徑〕顆粒的動態(tài)檢測，主要義務(wù)是丈量單位時間內(nèi)流經(jīng)小管內(nèi)的微粒的數(shù)量和每個粒子的粒徑，并對顆粒大小分布形狀進展分析。系統(tǒng)配置了激光光源、顯微鏡頭與高分辨率數(shù)字?jǐn)z像頭。此外還配置了電動輸液器，用來驅(qū)動載有微小粒子的液體的流動。注：該工程是與企業(yè)協(xié)作的工程，我們承當(dāng)其中的機器視覺軟件的開發(fā)義務(wù)。機器視覺微型電子器件質(zhì)量檢測系統(tǒng)〔1〕消費現(xiàn)場的檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)主界面機器視覺微型電子器件質(zhì)量檢測系統(tǒng)〔2〕該系統(tǒng)的主要任務(wù)流程和功能簡介如下：1.左側(cè)數(shù)字相機拍攝進料盒中的器件〔毫米級尺寸〕，然后進展圖像粒子分析，準(zhǔn)確丈量出每一個器件的位置和偏轉(zhuǎn)角度；2.PLC控制左側(cè)機械臂拾取一個器件,調(diào)整其角度，并送往測試位；3.右側(cè)數(shù)字相機在測試位拍攝該器件圖像，并經(jīng)過圖像處置方式對器件進展分類；4.經(jīng)過專門的檢測儀器對器件的性能進展檢測、分級和統(tǒng)計；5.PLC控制右側(cè)機械臂取走器件，并根據(jù)器件級別投放在不同的出料盒中；6.假設(shè)進料盒中的器件還未取完，就回到第一道工序反復(fù)上述的流程。7.進料盒取空或出料盒滿的話，設(shè)備暫停，人工方式改換進料盒或出料盒。注：該工程是與企業(yè)協(xié)作的工程，我們承當(dāng)其中機器視覺以及PC與PLC通訊軟件的開發(fā)任務(wù)。

高速卷簧機技術(shù)改造中的機器視覺運用〔1〕測試任務(wù)現(xiàn)場的圖片高速卷簧機技術(shù)改造中的機器視覺運用〔2〕—推桿與送線輪運動特征丈量高速卷簧機技術(shù)改造中的機器視覺運用〔3〕該工程是一個利用機器視覺技術(shù)協(xié)助處理機電設(shè)備設(shè)計問題的案例。我們的協(xié)作單位在試制新型高速卷簧機的過程〔其中包括卷簧、打結(jié)和熱處置等工序〕中，在高速運轉(zhuǎn)〔每分鐘制造80個以上的彈簧〕時遇到彈簧晃動大，以致于設(shè)備難以延續(xù)穩(wěn)定地任務(wù)。該設(shè)備用于消費多種規(guī)格的床墊彈簧。該工程采用的技術(shù)方案包括：1.首先用高速攝像機拍攝卷簧過程中相關(guān)部件的動作過程，經(jīng)過慢動作回放就可以清楚地察看到卷簧過程，為定性分析問題的所在提供了條件。我們運用過專業(yè)高速攝像機和具有高速〔每分鐘300幀〕攝像功能的民用數(shù)碼相機進展拍攝。實驗結(jié)果闡明，后者已能滿足我們的運用需求，其價錢大大低于前者。2.在卷簧過程中，利用機器視覺技術(shù)丈量送線〔鋼線〕、推桿、剪簧和接簧等動作的相關(guān)運動部件位置的動態(tài)數(shù)據(jù)，再分析各個配件之間的配合和同步情況，為處理問題提供定量分析的根據(jù)。機器視覺彈簧機械性能自動檢測系統(tǒng)〔1〕該系統(tǒng)是在研討工程，用于彈簧的機械性能的檢測，其中基于機器視覺技術(shù)的丈量功能包括：彈簧最大外徑、最小外徑、螺距和螺旋線軌跡的檢測，以及上述數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。而其他功能主要有：彈簧剛度丈量和動態(tài)荷重-行程曲線圖表繪制等。該系統(tǒng)采用自主開發(fā)的智能相機和數(shù)控子系統(tǒng)。機器視覺彈簧機械性能自動檢測系統(tǒng)〔1〕檢測系統(tǒng)的人機界面之一計算機輔助圖案設(shè)計系統(tǒng)〔1〕計算機輔助圖案設(shè)計系統(tǒng)〔2〕該系統(tǒng)用于絎縫設(shè)備和激光打標(biāo)/切割設(shè)備的圖案設(shè)計，其主要功能有：1.圖像采集：經(jīng)過數(shù)字?jǐn)z像頭延續(xù)采集花紋圖案的圖像，再通過圖像采集卡將圖像傳送到計算機內(nèi)。2.攝像頭參數(shù)設(shè)置與調(diào)整功能：用戶可根據(jù)實踐情況經(jīng)過人機界面上的控件對攝像頭的幀速、曝光時間、增益和濾波等參數(shù)進展調(diào)整，以獲得最正確的圖像拍攝效果。3.圖像濾波和邊緣檢測功能：用戶可選擇不同的濾波算法提高圖像的質(zhì)量，然后經(jīng)過邊緣檢測獲得目的圖案的明晰輪廓。4.圖案輪廓特征點數(shù)據(jù)文件生成：經(jīng)過鼠標(biāo)點擊或半自動的方式，選定圖案輪廓特征點，并自動生成圖案輪廓數(shù)據(jù)文件。機器視覺定位激光切割機〔1〕機器視覺定位激光切割機〔2〕在激光切割機任務(wù)過程中，由于加工對象通常無法準(zhǔn)確放置在特定的位置上，因此必需先做加工對象的定位任務(wù)。該設(shè)備采用機器視覺技術(shù)處理準(zhǔn)確定位問題，其主要技術(shù)特點是：1.采用兩級定位的方式，設(shè)備頂部安裝了一臺相機，視場比較大，用于粗定位；而在激光頭旁邊有安裝有另一臺相機，視場小，用于準(zhǔn)確定位。為準(zhǔn)確加工奠定根底。2.該設(shè)備可配置前面引見過的“計算機輔助圖案設(shè)計系統(tǒng)〞，作為切割圖案的設(shè)計工具。3.利用機器視覺技術(shù)檢測切割質(zhì)量是該工程的研討內(nèi)容之一。注：該設(shè)備采用我們自主研發(fā)的智能相機和數(shù)控系統(tǒng)。該工程是一個在研工程。自主研發(fā)的智能相機〔1〕基于DM642芯片的A型智能相機基于DM6437芯片的B型智能相機自主研發(fā)的智能相機〔2〕智能相機一種高度集成化的小型機器視覺系統(tǒng)。它將圖像采集、圖像處置、數(shù)字I/O與通訊功能集成在相機之中，可提供各種多功能、模塊化、高可靠性、易于開發(fā)的機器視覺處理方案。此外，由于運用了最新的DSP、FPGA及大容量存儲技術(shù)，以及圖像處置技術(shù)的不斷提高，其智能化程度不斷提高，可滿足很多消費過程中的機器視覺運用需求。我們自主研發(fā)的兩種型號的智能相機分別采用DM642和DM6437DSP芯片作為主處置器，有以太網(wǎng)和數(shù)字I/O接口，分辨率有130萬像素和300萬像素兩種規(guī)格，最高幀速為15幀/秒，鏡頭的信號與規(guī)格可根據(jù)詳細(xì)運用需求進展配置。以上兩種智能相機有自帶圖像處置算法庫，允許用戶根據(jù)詳細(xì)運用要求進展二次開發(fā)，用戶可采用無編程方式方便快捷地完成機器視覺運用系統(tǒng)開發(fā)。該智能相機正運用于激光加工設(shè)備、絎縫設(shè)備和彈簧檢測系統(tǒng)等工程運用工程之中。自主研發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)〔1〕自主研發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)〔2〕機器視覺運用往往與運動控制技術(shù)相關(guān)聯(lián)，因此，現(xiàn)簡單引見一下我們自主研發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)。1.開放式公用數(shù)控系統(tǒng)主要特點〔1〕開放性：允許第三方做二次開發(fā)，訂制特殊功能；〔2〕嵌入式：基于ARM或DSP，降低本錢，添加可靠性；〔3〕運動控制：步進電機與伺服電機接口；〔4〕邏輯控制：PLC或MPC功能；〔5〕通訊才干：有現(xiàn)場總線通訊與以太網(wǎng)通訊功能；〔6〕機器視覺信號接口：以太網(wǎng)口。2.開放式公用數(shù)控系統(tǒng)主要技術(shù)目的〔1〕控制軸數(shù)：16軸，聯(lián)動軸數(shù)：3軸；〔2〕直線插補、圓弧插補、螺旋線插補、NURBS插補、回零、急停等運動控制函數(shù)庫；〔3〕插補周期：4ms以內(nèi)；〔4〕系統(tǒng)開放，帶公用編程與調(diào)試工具；〔5〕帶系統(tǒng)二次開發(fā)工具軟件。IC封裝質(zhì)量在線檢測軟件設(shè)計方案