机器视觉测量在汽车轮毂加工中的应用.pdfVIP

机器视觉在摩轮轮毂安装孔打孔加工中的应用 摘要：为了满足摩托车关键零部件的精密加工的需求，通过对摩轮轮毂的加工 工艺的了解和视觉技术应用，提出了一种轮毂自动打孔系统。图灵视控根据自 身的视觉图像处理算法优势结合自动化处理系统以及机器人智能控制技术，研 发了一款摩轮轮毂自动打孔系统。 0 引言 摩轮轮毂制造行业是典型的多批次、小批量的离散型五金制造业。由于客户 个性化定制要求，导致生产现场混型化比较普遍。混型生产带来的设备利用率降 低和人工手动操作，严重降低了企业的加工效率和加工质量。基于上述，图灵视 控公司提出了一种基于机器视觉的轮毂自动打孔系统。 1 机器视觉系统 机器视觉，就是用机器代替人眼来做测量及判断。具体来讲，是指通过镜头 将被测目标反射出的光信号，投射至影像接受器件（一般为CCD 元件）上形成 数字图像信号，再通过计算机进行分析处理。CCD 是英文（Charge Coupling Device ） 的缩写，其中文含义为电荷耦合组件。当不同强度的光线照射在CCD 表面，CCD 即发生光电效应，产生对应分布的电荷量，再通过模数转换即可得到对应的数字 量。由于一般均采用8 位模数转换，则最低强度光线（黑）到最高强度光线（白） 分成256 等分（0~255 ），专业术语称之为灰阶或灰度。 当外部影像通过镜头投影到一块由很多 CCD 组成阵列的元件板上，每个 CCD 即可投影出该影像的一部分。这样计算机通过A/D 转换，读取所有CCD 的 数据，从而就可得到一幅完整的影像。由于CCD 阵列有很多种组合，如：512*480、 640*480、800*600、1024*768 等等，专业术语称之为解析度。其中单个CCD 所 投影出的图像被称为一个像素（pixel) 。当CCD 阵列已固定，如采用800*600 CCD， 一幅影像即被分成800*600 像素。当计算机从CCD 端取得一幅完整影像后，根 据系统的灰阶设定，通过滤波、降噪、阈值分割、二值化处理、连通域分析等一 系列必要的数字图像处理技术，得出影像中指定部位的准确轮廓，从而计算得出 指定位置的像素距离；使用标准量块对图像中每像素距离所对应的物理尺寸进行 标定，得出换算系数。最终可精确计算出指定测量的物理尺寸数值。 机器视觉系统的特点是测量精确、稳定、快速、可大幅度提高生产的柔性及 自动化程度以提高生产效率，且易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的核 1 心技术之一。如在一些不适合人工作业的危险环境；在当前大批量工业自动生产 过程中，用人工检查产品质量效率过低且精度不高；和其他一些人工视觉难以满 足要求的场合，机器视觉正在迅速取代人工视觉。事实上，也正因如此，在世界 上现代自动化生产过程中，机器视觉已经广泛用于工况监控、成品检验、引导定 位及其他质量控制等领域。在我国，这种应用也逐渐被认知，对机器视觉的需求 也越来越多。 机器视觉系统基本的结构包括摄像头、镜头、光源、图像处理器(如 PC) 。 典型机器视觉系统示意图如图 1 所示。 图1 机器视觉基本结构图 2 数控加工中心系统控制方案 目前主流的磨轮轮毂的安装孔采用数控加工中心编程进行。通用的方式是人 工放置轮毂到加工中心的安装卡具上，手动对位然后开启加工中心进行加工。由 于涉及到混型加工，因此每套加工中心只能按照预定的轮毂型号编程生产。这样 随着不同型号的产量变化，造成加工中心闲置与突发轮毂的积压。为了实现轮毂 混型加工，提升加工中心的利用率，以及提高轮毂加工精度和效率，图灵视控采 用机器视觉自动定位技术，实现对放置到加工中心卡具上的轮毂自动定位，然后 根据定位结果软件自动编程，驱动加工中心按照软件设定轨迹进行加工。 该视觉定位机制相较于原方案具有两个显著优点：一是不需要精密的机械定 位机构，来保证人工放置轮毂位置的精度，视觉系统可以自动测量定位轮毂的精 确位置。二是该机制可以使不同型号轮毂的定位机构得以统一，从而大大提高混 型化生产效率。 系统的示意框图如下： 2