基于計算機視覺技術的小尺寸機械零件的尺寸測量系統(tǒng)研究

1、第29卷第3期 2007年9月湘潭師范學院學報(自然科學版) JournalofXiangtanNormalUniversity(NaturalScienceEdition) Vol.29No.3Sep.2007基于計算機視覺技術的小尺寸機械零件的尺寸測量系統(tǒng)研究何學科,龍賽瓊12(1.湖南交通工程職業(yè)技術學院交通工程系,湖南衡陽421001;2.番禺出入境檢驗檢疫局,番禺511400)摘 要:利用計算機視覺技術解決工業(yè)現(xiàn)場皮帶流水線上大批量的小尺寸機械加工零件尺寸的測量方法,利用計算機視覺技術結(jié)合流水線現(xiàn)場需要的實際情況構(gòu)建小尺寸機械零件的尺寸測量系統(tǒng)。在對測量系統(tǒng)進行系統(tǒng)功能分析和總體設計

2、的同時,根據(jù)現(xiàn)場工況需要對硬件系統(tǒng)進行了設計。關鍵詞:計算機視覺技術;小尺寸機械零件;尺寸;測量系統(tǒng)中圖分類號:TP391.41 文獻標識碼:A 文章編號:1671-0231(2007)03-0035-03隨著生產(chǎn)的發(fā)展,測量技術作為生產(chǎn)質(zhì)量和效率的保證手段,越來越顯示其重要性。對于工業(yè)現(xiàn)場皮帶流水線上大批量的小尺寸機械加工零件尺寸的測量,傳統(tǒng)的人工抽檢測量方法已經(jīng)不適應自動化發(fā)展需求。本文利用計算機視覺技術解決該類問題的方法,利用計算機視覺技術結(jié)合流水線現(xiàn)場需要的實際情況構(gòu)建小尺寸機械零件的尺寸測量系統(tǒng)。在對測量系統(tǒng)進行系統(tǒng)功能分析和總體設計的同時,根據(jù)現(xiàn)場工況需要對硬件系統(tǒng)進行了設計1。1

3、 測量對象描述測量對象為小型機械、家用電子設備中使用的鍍鎳小尺寸零件,以如圖1所示的一個零件為例,該零件尺寸大小如圖2所示。其零件上的直徑為3mm的孔為關鍵尺寸,即為所需測量的尺寸,孔徑的允許誤差為 0.1mm?？捉?jīng)過普通鉆床加工得來,精度等級為IT10IT13。圖1 測量對象零件圖圖2 測量對象零件尺寸圖2 測量環(huán)境說明被測零件放置在機械加工現(xiàn)場的皮帶流水線上,經(jīng)過檢測后輸送到下一步加工工序。皮帶流水線為常用的墨綠色的PVC皮帶,帶變頻無極變速電機,可實現(xiàn)調(diào)速運行方式。 收稿日期:2007-04-04作者簡介:何學科(1970-),男,湖南益陽人,碩士,講師,研究方向:工程機械、機電測試技術

4、。3 開發(fā)的測量系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能1)完成對皮帶流水線上零件的全檢;2)根據(jù)分析計算結(jié)果對不合格尺寸零件進行篩選;3)因為該零件為大批量生產(chǎn)零件,需要檢測速度達到1件/秒以上。4 硬件體系的總體描述根據(jù)上面對于測量任務的分析,本文研究開發(fā)的測量系統(tǒng)由工業(yè)計算機、來料檢測/觸發(fā)模塊、圖像采集模塊、篩選執(zhí)行模塊和皮帶電機控制模塊組成2。其硬件組成如圖3所示。圖3 視覺測量系統(tǒng)的硬件組成示意圖該系統(tǒng)采用上下位機模式,工業(yè)計算機作為上位機完成對下位機的實時通信,數(shù)據(jù)的處理,數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、人機界面等功能;來料檢測/觸發(fā)模塊、圖像采集模塊、不合格尺寸零件篩選執(zhí)行模塊、皮帶電機控制模塊作為下位機分別完成各自相

5、應的任務。其中的零件圖像采集模塊是采用攝像機加圖像采集卡來實現(xiàn),來料檢測/觸發(fā)模塊、篩選執(zhí)行模塊和皮帶電機控制模塊用MCS-51系列的8051單片機作為控制器來實現(xiàn)。系統(tǒng)由一臺工業(yè)計算機為上位機,單片機為下位機組成串行通信系統(tǒng)。因為PC機給出的是標準RS-232C電平,而8051單片機串行口給出的是TTL電平,因而為實現(xiàn)上位機與下位機的通信,需要在單片機串行口端加電平轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)TTL電平和RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換。4.1 系統(tǒng)的工作原理整個測量系統(tǒng)是固定在工業(yè)現(xiàn)場的皮帶流水線旁,對流水線上的機械加工小尺寸零件進行測量。因為整個系統(tǒng)可以根據(jù)實際的應用的需要隨機地調(diào)節(jié)各個工作位之間的距離以及皮

6、帶速度,所以,首先假定流水線的速度為V,來料檢測位與圖像采集位的距離為L1,圖像采集位與結(jié)果處理位的距離為L2。其工作原理是:首先,通過來料檢測/觸發(fā)模塊對圖4 測量系統(tǒng)工作流程圖流水線上的零件進行檢測,判斷是否有待測零件通過檢測系統(tǒng)。如果有零件通過,則觸發(fā)圖像采集模塊,經(jīng)過延時(延遲時間為:L1/V)在零件經(jīng)過圖像采集位時,通過給皮帶電機控制模塊通信停止電機運轉(zhuǎn),這時候?qū)α慵M行圖像的采集,圖像采集完成后恢復皮帶電機運轉(zhuǎn),然后在上位機中對所采集的圖像進行處理和分析計算;最后,根據(jù)圖像處理分析計算結(jié)果對所檢測的零件進行篩選處理,如果檢測的零件為不合格零件,則經(jīng)過延時(延遲時間為:L2/V),上

7、位機給下位機發(fā)信號,下位機則控制篩選執(zhí)行機構(gòu)把不合格零件頂出流水線而實現(xiàn)測量目的3。其中皮帶實現(xiàn)的是!停-走-停-走的工作模式。整個系統(tǒng)的工作流程可以由圖4表示。4.2 上下位機系統(tǒng)硬件來料檢測/觸發(fā)模塊、不合格零件篩選執(zhí)行模塊和皮帶電機控制模塊以同一單片機為控制器,與上位機構(gòu)成一個上下位機系統(tǒng),結(jié)構(gòu)如圖5所示。4.3 各個部分的功能說明(1)來料檢測/觸發(fā)傳感器用于實時檢測皮帶流水線上檢測位是否有零件,如果有則發(fā)送一特定信號給下位機,下位機再通過與上位機的通信觸發(fā)下一步工作。(2)下位機由單片機組成,負責檢測位和檢測后不合格零件的篩選執(zhí)行結(jié)構(gòu)的管理,其控制對象包括各種檢測傳感器,篩選處理的執(zhí)

8、行機構(gòu)相關動作控制,皮帶電機的控制機構(gòu)以及與上位機的通信。(3)皮帶電機控制機構(gòu)用于實現(xiàn)在來料檢測位上有待測零件經(jīng)過時,接受下位機發(fā)送的命令,停止皮帶電機的運轉(zhuǎn),在靜止狀態(tài)下實現(xiàn)圖像的準確采集,在圖像采集完畢后恢復電機的運轉(zhuǎn)。(4)不合格零件篩選執(zhí)行機構(gòu)負責對檢測后的零件進行處理,其動作依據(jù)為從上位機所傳送過來的檢測結(jié)果,在檢測合格與不合格之間有不同的動作順序。(5)上位機通過與下位機進行通信,在檢測到有工件正確傳送到檢測位的情況下啟動圖像檢測模塊進行檢測,并將檢測結(jié)果下傳給下位機。圖5 上下位機系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖5 結(jié) 論本系統(tǒng)通過調(diào)試,應用于流水線上小尺寸機械零件的尺寸測量后,可得到以下結(jié)論:1)測量精度達到了規(guī)定的要求,能實現(xiàn)自動分檢。2)能自動計數(shù)合格和不合格零件。3)能準確實現(xiàn)被測工件進入攝像位置停止運動,保證靜止檢測。4)檢測速度可根據(jù)檢測精度適當進行調(diào)整。參考文獻:1孫克梅.在線實時工件測長系統(tǒng)開發(fā)J.沈陽航空工業(yè)學院學報,2004,23(4):89-90.2宋志剛,王龍山,等.利用數(shù)字圖像處理技術檢測錐螺紋J.吉林大學學報,2004,34(2):248-251.3路 紅,夏慶觀,等.圖像處理方法在多孔零件尺寸