盧　婷，朱曉民，許　靜，段明皞，張　希LU Ting，　ZHU Xiao-min，　XU Jing，　DUAN Ming-hao，　ZHANG Xi（北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

發(fā)動機(jī)滾子搖臂裝配視覺檢測系統(tǒng)研制

盧婷，朱曉民，許靜，段明皞，張希
LU Ting，ZHU Xiao-min，XU Jing，DUAN Ming-hao，ZHANG Xi
（北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

機(jī)器視覺檢測目前應(yīng)用非常廣泛，著重介紹發(fā)動機(jī)滾子搖臂裝配視覺檢測系統(tǒng)及其軟硬件設(shè)計。

VisionPro；機(jī)器視覺；發(fā)動機(jī)滾子搖臂裝配；模型匹配

0　引言

機(jī)器視覺即用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作流程大致為：被攝取目標(biāo)——經(jīng)圖像攝取裝置——圖像信號——經(jīng)圖像處理系統(tǒng)——數(shù)字信號——經(jīng)抽取目標(biāo)特征——判斷結(jié)果并控制設(shè)備。該流程的實現(xiàn)需相應(yīng)的硬件作為基礎(chǔ)，典型的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)構(gòu)成有照明、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡、視覺處理器等。

本課題研究的是為發(fā)動機(jī)裝配線二次開發(fā)的VisionPro視覺檢測系統(tǒng)。在頂置凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)的汽車發(fā)動機(jī)中，滾子搖臂是很重要的零部件之一，其作用是將凸輪軸傳來的力改變方向傳遞到氣門上，實現(xiàn)推開或關(guān)閉氣門。發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，滾子搖臂的工作條件非常惡劣，搖臂在工作過程中承受很大的彎矩和周期性載荷。因此，在發(fā)動機(jī)裝配過程中，需照相檢測滾子搖臂裝配狀態(tài)。

美國Congnex公司在VB語言基礎(chǔ)上二次開發(fā)的VisionPro系統(tǒng)組合世界一流的機(jī)器視覺技術(shù)，具有快速而強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)能力。由于其快速建立原型和易于集成 ，VisionPro使得制造商、系統(tǒng)集成商、工程師可以快速開發(fā)和配置出強(qiáng)大的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)?；谶@些優(yōu)點，我們選用了VisionPro視覺檢測系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)介紹

本選題主要是研究數(shù)字圖像技術(shù)在發(fā)動機(jī)裝配線的應(yīng)用，用于自動檢測發(fā)動機(jī)滾子搖臂的安裝姿態(tài)、是否缺失，從而減少發(fā)生錯裝、漏裝等品質(zhì)事故。

圖1　發(fā)動機(jī)滾子搖臂樣品圖

圖2　系統(tǒng)簡易框圖

系統(tǒng)工作流程是：PLC觸發(fā)拍照信號給工業(yè)相機(jī)，工業(yè)相機(jī)進(jìn)行拍照取相，用工業(yè)PC里安裝的VisionPro視覺檢測軟件對圖像進(jìn)行處理和分析，結(jié)果輸出給PLC，詳細(xì)的檢測結(jié)果顯示在人機(jī)界面上，合格顯示綠色，進(jìn)入下一臺檢測；不合格顯示紅色，可直接廢品放行，也可檢查調(diào)整裝配，重新拍照檢測。

2　硬件配置

設(shè)計的發(fā)動機(jī)滾子搖臂裝配視覺檢測系統(tǒng)中硬件部分主要由以下三部分構(gòu)成：

光源：根據(jù)設(shè)計要求和被檢測面的材質(zhì)等，本系統(tǒng)共安裝兩個條燈和八個紅色激光射線燈。

光學(xué)鏡頭：選擇焦距（Focal Length）為16mm的百萬像素定焦鏡頭，四個百萬TM-16mm鏡頭。

工業(yè)相機(jī)（CCD傳感器）：根據(jù)相機(jī)分辨率2448×2048的要求，選擇型號XM-Basler500-GIGE的黑白相機(jī)共四個。

表1　系統(tǒng)參數(shù)

3　軟件設(shè)計

本系統(tǒng)利用美國COGNEX公司在VB.NET平臺上二次開發(fā)的VisionPro視覺檢測軟件，主要完成發(fā)動機(jī)滾子搖臂圖像的采集、圖像的預(yù)處理分析和圖像顯示、保存等工作。

3.1模型匹配

首先通過模型匹配方法（Cognex的PatMax算法）在缸體上找到如下圖白色劃線所示的模型。

圖4　對發(fā)動機(jī)搖臂檢測平面做整體的模型匹配

然后在下圖方框選定好的模型范圍內(nèi)建立一個基準(zhǔn)坐標(biāo)，取基準(zhǔn)點A作為取相的定位基準(zhǔn)點。

3.2訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)圖像

對標(biāo)準(zhǔn)裝配的發(fā)動機(jī)搖臂進(jìn)行取相。

圖3　其中一個相機(jī)的配置結(jié)構(gòu)圖（其他三個相機(jī)相同）

圖5　模型匹配得出的基準(zhǔn)點和基準(zhǔn)框

圖6　取相結(jié)果

對每個搖臂進(jìn)行模型匹配，在圖中搖臂所在方框內(nèi)取得搖臂的基準(zhǔn)點B，訓(xùn)練多個標(biāo)準(zhǔn)裝配的發(fā)動機(jī)搖臂圖像，最后取每個搖臂基準(zhǔn)點B相對于基準(zhǔn)點A的角度平均值和距離平均值，并根據(jù)訓(xùn)練過程中記錄的最大、最小值作為最大、最小范圍。

圖7　對單個搖臂的模型匹配

圖8　由多個標(biāo)準(zhǔn)安裝搖臂算得的最大最小范圍及平均值和標(biāo)準(zhǔn)差

3.3驗證

圖9為正常安裝的搖臂，圖10為搖臂安裝有偏的情況，可看到基準(zhǔn)框的位置發(fā)生變化，對應(yīng)的取相結(jié)果也發(fā)生變化。若取相結(jié)果在最大最小值范圍內(nèi)，則判斷為合格安裝搖臂；否則，為不合格安裝搖臂。

圖9　合格安裝搖臂

圖10　不合格安裝搖臂

圖11　結(jié)果顯示界面

檢測結(jié)果顯示界面如圖11所示，正常為取相界面，搖臂顯示黃色；檢測結(jié)果合格，搖臂顯示綠色；檢測結(jié)果不合格，搖臂顯示紅色。并能夠進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出合格率；能夠區(qū)分不同發(fā)動機(jī)機(jī)型，對不同機(jī)型，有不同的檢測程序。

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4　結(jié)束語

本文根據(jù)項目實際需求，設(shè)計開發(fā)了一套視覺檢測系統(tǒng)，能夠完成自動檢測發(fā)動機(jī)滾子搖臂的安裝姿態(tài)、是否缺失的需求。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確可靠，提高了發(fā)動機(jī)滾子搖臂裝配的質(zhì)量。

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Development of motor rocker arm visual inspection system

綜述

TP274

A

1009-0134（2016）06-0015-03

2016-04-01

盧婷（1989 -），女，湖北十堰人，碩士研究生，研究方向為控制理論與控制工程。