基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的小尺寸機(jī)械零件的尺寸測(cè)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(bào)(自然科學(xué)版) JournalofXiangtanNormalUniversity(NaturalScienceEdition) Vol.29No.3Sep.2007基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的小尺寸機(jī)械零件的尺寸測(cè)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(yàn)檢疫局,番禺511400)摘 要:利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)皮帶流水線上大批量的小尺寸機(jī)械加工零件尺寸的測(cè)量方法,利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)結(jié)合流水線現(xiàn)場(chǎng)需要的實(shí)際情況構(gòu)建小尺寸機(jī)械零件的尺寸測(cè)量系統(tǒng)。在對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)功能分析和總體設(shè)計(jì)

2、的同時(shí),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況需要對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)視覺技術(shù);小尺寸機(jī)械零件;尺寸;測(cè)量系統(tǒng)中圖分類號(hào):TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-0231(2007)03-0035-03隨著生產(chǎn)的發(fā)展,測(cè)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(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)皮帶流水線上大批量的小尺寸機(jī)械加工零件尺寸的測(cè)量,傳統(tǒng)的人工抽檢測(cè)量方法已經(jīng)不適應(yīng)自動(dòng)化發(fā)展需求。本文利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)解決該類問題的方法,利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)結(jié)合流水線現(xiàn)場(chǎng)需要的實(shí)際情況構(gòu)建小尺寸機(jī)械零件的尺寸測(cè)量系統(tǒng)。在對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)功能分析和總體設(shè)計(jì)的同時(shí),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況需要對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)1。1

3、 測(cè)量對(duì)象描述測(cè)量對(duì)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(gè)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(cè)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(jí)為IT10IT13。圖1 測(cè)量對(duì)象零件圖圖2 測(cè)量對(duì)象零件尺寸圖2 測(cè)量環(huán)境說明被測(cè)零件放置在機(jī)械加工現(xiàn)場(chǎng)的皮帶流水線上,經(jīng)過檢測(cè)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(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行方式。 收稿日期:2007-04-04作者簡(jiǎn)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(cè)試技術(shù)

4、。3 開發(fā)的測(cè)量系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能1)完成對(duì)皮帶流水線上零件的全檢;2)根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果對(duì)不合格尺寸零件進(jìn)行篩選;3)因?yàn)樵摿慵榇笈可a(chǎn)零件,需要檢測(cè)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(duì)于測(cè)量任務(wù)的分析,本文研究開發(fā)的測(cè)量系統(tǒng)由工業(yè)計(jì)算機(jī)、來料檢測(cè)/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(cè)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(jì)算機(jī)作為上位機(jī)完成對(duì)下位機(jī)的實(shí)時(shí)通信,數(shù)據(jù)的處理,數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、人機(jī)界面等功能;來料檢測(cè)/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(shí)現(xiàn),來料檢測(cè)/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(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)由一臺(tái)工業(yè)計(jì)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?yàn)镻C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(shí)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(shí)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(gè)測(cè)量系統(tǒng)是固定在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的皮帶流水線旁,對(duì)流水線上的機(jī)械加工小尺寸零件進(jìn)行測(cè)量。因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用的需要隨機(jī)地調(diào)節(jié)各個(gè)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(cè)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(cè)/觸發(fā)模塊對(duì)圖4 測(cè)量系統(tǒng)工作流程圖流水線上的零件進(jìn)行檢測(cè),判斷是否有待測(cè)零件通過檢測(cè)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(shí)(延遲時(shí)間為:L1/V)在零件經(jīng)過圖像采集位時(shí),通過給皮帶電機(jī)控制模塊通信停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),這時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn),然后在上位機(jī)中對(duì)所采集的圖像進(jìn)行處理和分析計(jì)算;最后,根據(jù)圖像處理分析計(jì)算結(jié)果對(duì)所檢測(cè)的零件進(jìn)行篩選處理,如果檢測(cè)的零件為不合格零件,則經(jīng)過延時(shí)(延遲時(shí)間為:L2/V),上

7、位機(jī)給下位機(jī)發(fā)信號(hào),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(shí)現(xiàn)測(cè)量目的3。其中皮帶實(shí)現(xiàn)的是!停-走-停-走的工作模式。整個(gè)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(cè)/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(gè)上下位機(jī)系統(tǒng),結(jié)構(gòu)如圖5所示。4.3 各個(gè)部分的功能說明(1)來料檢測(cè)/觸發(fā)傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)皮帶流水線上檢測(cè)位是否有零件,如果有則發(fā)送一特定信號(hào)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(cè)位和檢測(cè)后不合格零件的篩選執(zhí)行結(jié)構(gòu)的管理,其控制對(duì)象包括各種檢測(cè)傳感器,篩選處理的執(zhí)

8、行機(jī)構(gòu)相關(guān)動(dòng)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(shí)現(xiàn)在來料檢測(cè)位上有待測(cè)零件經(jīng)過時(shí),接受下位機(jī)發(fā)送的命令,停止皮帶電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),在靜止?fàn)顟B(tài)下實(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)。(4)不合格零件篩選執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)對(duì)檢測(cè)后的零件進(jìn)行處理,其動(dòng)作依據(jù)為從上位機(jī)所傳送過來的檢測(cè)結(jié)果,在檢測(cè)合格與不合格之間有不同的動(dòng)作順序。(5)上位機(jī)通過與下位機(jī)進(jìn)行通信,在檢測(cè)到有工件正確傳送到檢測(cè)位的情況下啟動(dòng)圖像檢測(cè)模塊進(jìn)行檢測(cè),并將檢測(cè)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(cè)量后,可得到以下結(jié)論:1)測(cè)量精度達(dá)到了規(guī)定的要求,能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分檢。2)能自動(dòng)計(jì)數(shù)合格和不合格零件。3)能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)被測(cè)工件進(jìn)入攝像位置停止運(yùn)動(dòng),保證靜止檢測(cè)。4)檢測(cè)速度可根據(jù)檢測(cè)精度適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。參考文獻(xiàn):1孫克梅.在線實(shí)時(shí)工件測(cè)長系統(tǒng)開發(fā)J.沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),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(cè)錐螺紋J.吉林大學(xué)學(xué)報(bào),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