基于計算機(jī)視覺技術(shù)的小尺寸機(jī)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(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版) JournalofXiangtanNormalUniversity(NaturalScienceEdition) Vol.29No.3Sep.2007基于計算機(jī)視覺技術(shù)的小尺寸機(jī)械零件的尺寸測量系統(tǒng)研究何學(xué)科,龍賽瓊12(1.湖南交通工程職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jī)視覺技術(shù)解決工業(yè)現(xiàn)場皮帶流水線上大批量的小尺寸機(jī)械加工零件尺寸的測量方法,利用計算機(jī)視覺技術(shù)結(jié)合流水線現(xiàn)場需要的實際情況構(gòu)建小尺寸機(jī)械零件的尺寸測量系統(tǒng)。在對測量系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)功能分析和總體設(shè)計

2、的同時,根據(jù)現(xiàn)場工況需要對硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。關(guān)鍵詞:計算機(jī)視覺技術(shù);小尺寸機(jī)械零件;尺寸;測量系統(tǒng)中圖分類號:TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)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(jī)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(yīng)自動化發(fā)展需求。本文利用計算機(jī)視覺技術(shù)解決該類問題的方法,利用計算機(jī)視覺技術(shù)結(jié)合流水線現(xiàn)場需要的實際情況構(gòu)建小尺寸機(jī)械零件的尺寸測量系統(tǒng)。在對測量系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)功能分析和總體設(shè)計的同時,根據(jù)現(xiàn)場工況需要對硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計1。1

3、 測量對象描述測量對象為小型機(jī)械、家用電子設(shè)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(guān)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(jī)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(jī),可實現(xiàn)調(diào)速運行方式。 收稿日期:2007-04-04作者簡介:何學(xué)科(1970-),男,湖南益陽人,碩士,講師,研究方向:工程機(jī)械、機(jī)電測試技術(shù)

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(jìn)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(dá)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(wù)的分析,本文研究開發(fā)的測量系統(tǒng)由工業(yè)計算機(jī)、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(jī)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(jī)模式,工業(yè)計算機(jī)作為上位機(jī)完成對下位機(jī)的實時通信,數(shù)據(jù)的處理,數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、人機(jī)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(jī)控制模塊作為下位機(jī)分別完成各自相

5、應(yīng)的任務(wù)。其中的零件圖像采集模塊是采用攝像機(jī)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(jī)控制模塊用MCS-51系列的8051單片機(jī)作為控制器來實現(xiàn)。系統(tǒng)由一臺工業(yè)計算機(jī)為上位機(jī),單片機(jī)為下位機(jī)組成串行通信系統(tǒng)。因為PC機(jī)給出的是標(biāo)準(zhǔn)RS-232C電平,而8051單片機(jī)串行口給出的是TTL電平,因而為實現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信,需要在單片機(jī)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(jī)械加工小尺寸零件進(jìn)行測量。因為整個系統(tǒng)可以根據(jù)實際的應(yīng)用的需要隨機(jī)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(jìn)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(jī)控制模塊通信停止電機(jī)運轉(zhuǎn),這時候?qū)α慵M(jìn)行圖像的采集,圖像采集完成后恢復(fù)皮帶電機(jī)運轉(zhuǎn),然后在上位機(jī)中對所采集的圖像進(jìn)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(jìn)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(jī)給下位機(jī)發(fā)信號,下位機(jī)則控制篩選執(zhí)行機(jī)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(jī)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(jī)控制模塊以同一單片機(jī)為控制器,與上位機(jī)構(gòu)成一個上下位機(jī)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(jī),下位機(jī)再通過與上位機(jī)的通信觸發(fā)下一步工作。(2)下位機(jī)由單片機(jī)組成,負(fù)責(zé)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(jī)構(gòu)相關(guān)動作控制,皮帶電機(jī)的控制機(jī)構(gòu)以及與上位機(jī)的通信。(3)皮帶電機(jī)控制機(jī)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(jī)發(fā)送的命令,停止皮帶電機(jī)的運轉(zhuǎn),在靜止?fàn)顟B(tài)下實現(xiàn)圖像的準(zhǔn)確采集,在圖像采集完畢后恢復(fù)電機(jī)的運轉(zhuǎn)。(4)不合格零件篩選執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)對檢測后的零件進(jìn)行處理,其動作依據(jù)為從上位機(jī)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(jī)通過與下位機(jī)進(jìn)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(jìn)行檢測,并將檢測結(jié)果下傳給下位機(jī)。圖5 上下位機(jī)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(yīng)用于流水線上小尺寸機(jī)械零件的尺寸測量后,可得到以下結(jié)論:1)測量精度達(dá)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(zhǔn)確實現(xiàn)被測工件進(jìn)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(dāng)進(jìn)行調(diào)整。參考文獻(xiàn):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(xué)院學(xué)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(shù)檢測錐螺紋J.吉林大學(xué)學(xué)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