基于计算机视觉技术的小尺寸机械零件的尺寸测量系统研究

1、第29卷第3期 2007年9月湘潭师范学院学报(自然科学版) JournalofXiangtanNormalUniversity(NaturalScienceEdition) Vol.29No.3Sep.2007基于计算机视觉技术的小尺寸机械零件的尺寸测量系统研究何学科,龙赛琼12(1.湖南交通工程职业技术学院交通工程系,湖南衡阳421001;2.番禺出入境检验检疫局,番禺511400)摘 要:利用计算机视觉技术解决工业现场皮带流水线上大批量的小尺寸机械加工零件尺寸的测量方法,利用计算机视觉技术结合流水线现场需要的实际情况构建小尺寸机械零件的尺寸测量系统。在对测量系统进行系统功能分析和总体设计

2、的同时,根据现场工况需要对硬件系统进行了设计。关键词:计算机视觉技术;小尺寸机械零件;尺寸;测量系统中图分类号:TP391.41 文献标识码:A 文章编号:1671-0231(2007)03-0035-03随着生产的发展,测量技术作为生产质量和效率的保证手段,越来越显示其重要性。对于工业现场皮带流水线上大批量的小尺寸机械加工零件尺寸的测量,传统的人工抽检测量方法已经不适应自动化发展需求。本文利用计算机视觉技术解决该类问题的方法,利用计算机视觉技术结合流水线现场需要的实际情况构建小尺寸机械零件的尺寸测量系统。在对测量系统进行系统功能分析和总体设计的同时,根据现场工况需要对硬件系统进行了设计1。1

3、 测量对象描述测量对象为小型机械、家用电子设备中使用的镀镍小尺寸零件,以如图1所示的一个零件为例,该零件尺寸大小如图2所示。其零件上的直径为3mm的孔为关键尺寸,即为所需测量的尺寸,孔径的允许误差为 0.1mm。孔经过普通钻床加工得来,精度等级为IT10IT13。图1 测量对象零件图图2 测量对象零件尺寸图2 测量环境说明被测零件放置在机械加工现场的皮带流水线上,经过检测后输送到下一步加工工序。皮带流水线为常用的墨绿色的PVC皮带,带变频无极变速电机,可实现调速运行方式。 收稿日期:2007-04-04作者简介:何学科(1970-),男,湖南益阳人,硕士,讲师,研究方向:工程机械、机电测试技术

4、。3 开发的测量系统需要实现的功能1)完成对皮带流水线上零件的全检;2)根据分析计算结果对不合格尺寸零件进行筛选;3)因为该零件为大批量生产零件,需要检测速度达到1件/秒以上。4 硬件体系的总体描述根据上面对于测量任务的分析,本文研究开发的测量系统由工业计算机、来料检测/触发模块、图像采集模块、筛选执行模块和皮带电机控制模块组成2。其硬件组成如图3所示。图3 视觉测量系统的硬件组成示意图该系统采用上下位机模式,工业计算机作为上位机完成对下位机的实时通信,数据的处理,数据的统计、人机界面等功能;来料检测/触发模块、图像采集模块、不合格尺寸零件筛选执行模块、皮带电机控制模块作为下位机分别完成各自相

5、应的任务。其中的零件图像采集模块是采用摄像机加图像采集卡来实现,来料检测/触发模块、筛选执行模块和皮带电机控制模块用MCS-51系列的8051单片机作为控制器来实现。系统由一台工业计算机为上位机,单片机为下位机组成串行通信系统。因为PC机给出的是标准RS-232C电平,而8051单片机串行口给出的是TTL电平,因而为实现上位机与下位机的通信,需要在单片机串行口端加电平转换芯片实现TTL电平和RS-232电平之间的转换。4.1 系统的工作原理整个测量系统是固定在工业现场的皮带流水线旁,对流水线上的机械加工小尺寸零件进行测量。因为整个系统可以根据实际的应用的需要随机地调节各个工作位之间的距离以及皮

6、带速度,所以,首先假定流水线的速度为V,来料检测位与图像采集位的距离为L1,图像采集位与结果处理位的距离为L2。其工作原理是:首先,通过来料检测/触发模块对图4 测量系统工作流程图流水线上的零件进行检测,判断是否有待测零件通过检测系统。如果有零件通过,则触发图像采集模块,经过延时(延迟时间为:L1/V)在零件经过图像采集位时,通过给皮带电机控制模块通信停止电机运转,这时候对零件进行图像的采集,图像采集完成后恢复皮带电机运转,然后在上位机中对所采集的图像进行处理和分析计算;最后,根据图像处理分析计算结果对所检测的零件进行筛选处理,如果检测的零件为不合格零件,则经过延时(延迟时间为:L2/V),上

7、位机给下位机发信号,下位机则控制筛选执行机构把不合格零件顶出流水线而实现测量目的3。其中皮带实现的是!停-走-停-走的工作模式。整个系统的工作流程可以由图4表示。4.2 上下位机系统硬件来料检测/触发模块、不合格零件筛选执行模块和皮带电机控制模块以同一单片机为控制器,与上位机构成一个上下位机系统,结构如图5所示。4.3 各个部分的功能说明(1)来料检测/触发传感器用于实时检测皮带流水线上检测位是否有零件,如果有则发送一特定信号给下位机,下位机再通过与上位机的通信触发下一步工作。(2)下位机由单片机组成,负责检测位和检测后不合格零件的筛选执行结构的管理,其控制对象包括各种检测传感器,筛选处理的执

8、行机构相关动作控制,皮带电机的控制机构以及与上位机的通信。(3)皮带电机控制机构用于实现在来料检测位上有待测零件经过时,接受下位机发送的命令,停止皮带电机的运转,在静止状态下实现图像的准确采集,在图像采集完毕后恢复电机的运转。(4)不合格零件筛选执行机构负责对检测后的零件进行处理,其动作依据为从上位机所传送过来的检测结果,在检测合格与不合格之间有不同的动作顺序。(5)上位机通过与下位机进行通信,在检测到有工件正确传送到检测位的情况下启动图像检测模块进行检测,并将检测结果下传给下位机。图5 上下位机系统硬件结构示意图5 结 论本系统通过调试,应用于流水线上小尺寸机械零件的尺寸测量后,可得到以下结论:1)测量精度达到了规定的要求,能实现自动分检。2)能自动计数合格和不合格零件。3)能准确实现被测工件进入摄像位置停止运动,保证静止检测。4)检测速度可根据检测精度适当进行调整。参考文献:1孙克梅.在线实时工件测长系统开发J.沈阳航空工业学院学报,2004,23(4):89-90.2宋志刚,王龙山,等.利用数字图像处理技术检测锥螺纹J.吉林大学学报,2004,34(2):248-251.3路 红,夏庆观,等.图像处理方法在多孔零件尺寸