机器视觉检测系统的应用

“机器视觉”，即采用机器代替人眼来做测量和判断机器视觉系统是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种)把图像抓取到，然后将该图像传送至处理单元，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

? ?在现实生活中，现代工业自动化生产过程中涉及到各种各样的检验、生产监视和零件识别应用，例如汽车零配件批量加工的尺寸检查和自动装配的完整性检查、电子装配线的元件自动定位等这种带有高度重复性和智能性的工作是由肉眼来完成的，但在某些特殊情况下，如对微小尺寸的精确快速测量、形状匹配以及颜色辨识等，依靠肉眼根本无法连续稳定地进行，其它物理量传感器也难以胜任。

人们开始考虑用CCD照相机抓取图像后送入计算机或专用的图像处理模块，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息来进行尺寸、形状、颜色等的判别这种方法是把计算机处理的快速性、可重复性与肉眼视觉的高度智能化和抽象能力相结合，由此产生了机器视觉检测技术的概念。

? ?视觉检测技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴测试技术与计算机视觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容不同，视觉检测技术重点研究的是物体的几何尺寸及物体的位置测量，如轿车白车身三维尺寸的测量、模具等三维面形的快速测量、大型工件同轴度测量以及共面性测量等，它可以广泛应用于在线测量、逆向工程等主动、实时测量过程。

视觉检测技术在国外发展很快，早在20世纪80年代，美国国家标准局就曾预计未来90％的检测任务将由视觉检测系统来完成因此仅在80年代，美国就有100多家公司跻身于视觉检测系统的经营市场，可见视觉检测系统确实很有发展前途。

在近几届北京国际机床展览会上已经见到国外企业展出的应用视觉检测技术研制的先进仪器，如流动式光学三坐标测量机、高速高精度数字化扫描系统、非接触式光学三坐标测量机等机器视觉检测系统在检测方面的应用： ? ?（1）大型工件平行度、垂直度测量采用激光扫描与CCD探测系统的大型工件平行度、垂直度测量仪，它是以稳定的准直激光束为测量基线，配以回转轴系，旋转五角标棱镜扫出互相平行或垂直的基准平面，并将其与被测大型工件的各面进行比较。

在加工或安装大型工件时，可用该认错器测量面间平行度及垂直度 ? ?（2）热轧螺纹钢几何参数在线动态检测系统，该系统以频闪光作为照明光源，利用面阵和线阵CCD作为螺纹钢外形轮廓尺寸的探测器件，实现热轧螺纹钢几何参数在线测量的动态检测。

? ?（3）轴承状态实时监控，采用视觉技术实时监控轴承的负载和温度变化，消除过载和过热的危险该技术将传统的通过测量滚珠表面来保证加工质量和安全操作的被动式测量变为主动监控 ? ?（4）基于机器视觉的仪表板总成智能集成测试系统，汽车仪表板总成上安装有速度里程表、水温表、汽油表、电流表、信号报警灯等，其生产批量大，出厂前需要进行一次质量终检。

检测项目包括速度表等五个仪表指针的指示误差，24个信号报警灯和若干照明灯是否损坏或漏装等通常采用人工目测方法检查，但误差大、可靠性差，不能满足自动化生产的需要机器视觉检测技术的智能集成测试系统改变了这种现状，实现了对仪表板总成智能化、全自动、高精度、快速度的质量检测，克服了人工检测所造成的各种误差，大大提高了检测的效率和可靠性。

? ?（5）金属板表面自动探伤系统，在对表面质量要求很高的特殊大型金属板进行检测时，原始的检测方法是采用人工目视或用百分表加探针进行检测，该方法不仅易受主观因素的影响，而且可能给被测表面带来新的划伤金属板表面自动探伤系统利用机器视觉检测技术对金属表面缺陷进行自动检查，可在生产过程中高速、准确地进行检测，同时由于该系统采用非接触式测量，避免了产生新划伤的可能。

该系统采用激光器作为光源，通过针孔滤波器滤除激光束周围的杂散光，采用扩束镜和准直镜使激光束变为平行光并以45度的入射角均匀照射在被测金属板表面上金属板放在检验台上，检验台可在x、y、z三个方向上移动，摄像机采用TCD142D型2048线阵CCD，镜头采用普通照相机镜头，CCD接口电路采用单片机系统。

PC主机主要完成图像预处理及缺陷的分类或划痕的深度运算等，并可将检测到的缺陷或划痕图像在显示器上显示CCD接口电路和PC机之间通过RS.232口进行双向通讯，构成人机交互式数据采集与处理该系统主要利用线阵CCD的自扫描特性与被检钢板在x方向的移动相结合，提取金属板表面的三维图像信息。

? ?（6）汽车车身轮廓尺寸精度检测系统，英国ROVER汽车公司800系列汽车车身轮廓尺寸精度的100％在线检测，是机器视觉系统用于l3l工业检测中的一个典型实例该系统由62个测量单元组成，每个测量单元包括一台激光器和一个CCD摄像机，用以检测车身外壳上288个测量点；汽车车身置于测量框架下，通过软件校准车身的精确位置。

每个激光器、摄像机单元均在离线状态下经过校准，同时还有一个在离线状态下用三坐标测量机校准过的校准装置用以对摄像机进行在线校准；检测系统以每40秒检测一个车身的速度，可检测三种类型的车身；系统将检测结果与从CAD模型中提取出来的合格尺寸相比较，测量精度为±0.1mm。

ROVER公司的质量检测人员用该系统来判别关键部分的尺寸一致性，如车身整体外型、车门、玻璃窗口等检测实践证明，该系统可成功进行800系列汽车车身轮廓尺寸精度的在线检测，并将用于检测ROVER公司其它系列的车身轮廓尺寸精度。

? ?（7）奥迪白车身表面质量检测系统，奥迪公司最近研制成功了一种能够对白车身表面缺陷进行全自动检测的系统，取名为“智能控制白车身表面质量检测系统”该检测系统综合采用了投影光栅直接相位采集、高速数字图象处理、表面缺陷图象模式自动识别、智能化质量判断、自适应系统学习技术、高速数字信息网络、松散化自调节软硬件结构以及机器人系统控制技术，可以在传动速度为5m/min的生产线上，对焊装完毕的白车身进行100％的在线检测。

整车检验时间为1分20秒通过自动测试与分析，将过去靠肉眼无法分辨的表面缺陷直接标记在车身上，使白车身进入喷漆工序之前即可对缺陷处进行打磨，节省了表面喷涂过程中的打磨工序，既节约了大量制造成本，同时又提高了车身的表面质量。

? ?此外，在许多其它方法难以检测的场合，利用机器视觉系统可以有效地实现机器视觉的应用正越来越多地代替人去完成许多工作，这无疑在很大程度上提高了生产自动化水平和检测系统的智能水平

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