用机器视觉检测工装的尝试_机器视觉_

用机器视觉检测工装的尝试

2010/1/19 9:57:00

摘要：用机器视觉的方法检测整经/压力辊的沟槽是否符合生产工艺的要求。

关键词：机器视觉检测工艺装备

由光、机、电和电脑有机构成的机器视觉，正被越来越多地应用到工业生产的监视、检测、和控制中去。作为尝试，我们用机器视觉装置，检测钢丝帘布压延生产中的工装整经辊和压力辊的沟槽形状。

1. 问题和难点

子午线轮胎生产需要复胶的钢丝帘布，而整经辊和压力辊沟槽的均布、沟槽的深浅、圆弧半径等等参数，都将直接影响到钢丝帘布的质量。一支整经辊（或压力辊）工作面的长度约有1000mm，每100mm的长度上的沟槽数最密的约达到60～70槽，或者说在一米长的工作面上有600多的沟槽数。我们面临的问题是：如何检测每一个沟槽的尺寸，并确认该尺寸是满足工艺要求的。该问题的难点是：用什么样的工具可以准确、方便地检测。

曾经有介绍国外的轮胎公司的检测方式：用聚四氟乙烯的模具，模具是呈扁平矩形状的管子，其中管口的一边放置在被检测辊上并与沟槽正交，把调制好的环氧树脂从上管口灌入；树脂通过模具流到沟槽；待树脂凝固后取下，在树脂片上留下了一个个与沟槽相吻合的凸峰；把取下的树脂片经去毛刺处理后放置在约20－50倍的显微镜下，通过直接测量法、或比较测量法、或角度测量法等方法来确认辊筒沟槽是否符合要求。这种方法每次能制作的树脂片长度约为100mm，环氧树脂在模具中的凝固时间约1.5－2小时，且这时模具固定在被检测辊上是不能移动的。

显然，用上述方法完整地检测一支辊筒需要的时间较多，树脂片的制作也不方便。由此而提出了机器视觉检测整经辊和压力辊的可能性。

2. 机器视觉检测方案
（1）检测方案如图1.所示：

图1. 检测示意图

制作一个专用搁架，搁架上安装CCD相机和光源，相机镜头和光源在同一（光）轴线上。把被测辊放置在搁架上，使被测辊轴线与的光轴线相互垂直，这样可以在相机上获得如图2.所示的被测辊投影图。使相机和灯光同步沿被测辊轴线方向移动，随着相机移动则不断地有被测辊的投影图摄入相机。被摄入的投影图像不断地通过采集卡输入到电脑中，与存放在电脑中的图像样本作比对，以此可以得出被测辊沟槽与标准尺寸的误差。

图2. 被测辊的投影图

当相机完成从辊的一端到另一端的拍摄后，人工转动被测辊一个任意角度，开始一次新的拍摄。理论上讲，一支辊筒可以N次的被拍摄，以形成连续的画面，使我们得到完整的每个沟槽数据，从而可以比较方便地判定被测辊是否符合工艺要求。

（2）电脑处理的流程图如图3.所示：

图3. 电脑处理流程图

程控器控制的步进电机旋转，使相机移动一定的距离；之后，触发相机摄取图像；把已摄取的图像与电脑中存入的标准图像比对，获得数据偏差；按工艺标准的允许误差，判定合格或不合格。当出现不合格的沟槽时，相机不再移动，并有报警提示，操作者可以确认该不合格的沟槽，并作上标记；之后，再移动相机继续工作。

(3)运动控制线程模块
运动控制线程模块框图见图4.:

其中：
CRunCtrl：控制线程运行
CResManger: 实例化板卡资源加板卡显示扫描
COpe.Man: 添加集体操作线程和操作事件
Card-you: 自行添加板卡及编写
Cmotor: 马达状态监视并显示线程
Cevent[x]: 操作事件
COutput: 输出状态监视并显示线程
CInput: 输入状态监视并显示线程
COpero.: 操作线程

3.几个需要注意的问题

(1) 移动距离：当相机拍摄完一帧图像后，在步进电机的作用下，相机将沿轴线方向移动一个距离。距离的长短是在满足清晰度和准确度的条件下，要求不漏槽、不重复。

(2) 距离识别：步进电机与移动相机滚珠丝杠直接相连，同时在电机的尾端或丝杠的另一端加装绝对值编码器，用编码器的输出信号可以知道移动了多少距离，确定是步进电机是运行还是停。

(3) 成像的清晰度和准确度：清晰度就要靠焦距的调节来获取；而准确度是指在标准镜的条件下，使得图像失真最小、最符合实际的形状。注意不能用广角镜。

(4) 图形识别：工艺工程师提供的图纸中的主要相关尺寸分别是：
H: 沟槽最大深度； B: 相间沟槽中心宽度； R: 沟槽圆弧半径；α：与圆弧两端相切的切线夹角。参见图

4.沟槽相关尺寸示意图。在实际检测中，圆弧与切线的相切点D是难以确认的，尤其是使用过的辊筒，经过钢丝帘线的摩擦，是无法准确得到切线夹角α。这里作了如下的变通：

        当圆弧C的半径以及两条切线的夹角α确定，同时沟槽的深度H与圆弧的半径有关，即沟槽深度与圆弧半径成比例常数，这样可以得到沟槽的宽度B1是一个定值。也就是说通过测量B1可以用来确认夹角α，这对于一支新加工的辊筒来说尤为重要。这样最后得到的有关数据是：H，B，R和B1。

4.设备主要数据
分辨率：0.001mm
误差：±0.005mm
平均有效检测速度：100mm/min.

5.实测

        取一支辊筒，测得沟槽的圆弧半径如图5.所示，沟槽标准半径为0.325mm，允许误差±0.02mm。罗列数据如下：

1. 0.343mm     +0.018mm       2. 0.356mm     +0.031mm
3. 0.407mm     +0.082mm       4. 0.411mm     +0.086mm
5. 0.459mm     +0.134mm       6. 0.449mm     +0.124mm
7. 0.452mm     +0.127mm       8. 0.430mm     +0.105mm

        从上述的部分数据可以看出，该辊的沟槽半径已经不能满足生产工艺要求，当属报废之列。