基于机器视觉的汽车减震盘缺陷检测系统开发

包挺　唐霞　王莉莉

摘 要：开发了基于机器视觉的汽车减震盘缺陷检测系统，通过分析减震盘缺陷等特征信息，研究了检测系统的硬件参数、相机标定、图像处理等，并给出了基于康耐视视觉检测软件的程序开发思路，最后验证了检测系统的效果。

关键词：减震盘缺陷；硬件配置；软件开发；验证

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.21.001

0 引言

减震盘是汽车使用过程中的易损配件，减震器工作好坏，将直接影响汽车行驶平稳性和其它机件的寿命。减震盘由减震盘壳体和减震弹簧构成。通常情况下，减震盘里面会包含多种弹簧，由于现代工厂供应的汽车品牌有多种汽车型号，对应的减震盘有不同的设计，弹簧的多少、分布，直接影响汽车的减震性能，由误判或漏判造成的残缺工件若流向市场，将造成很大的后果。中国制造2015以来，机器视觉越来越多地代替人类视觉，可以检测调速离合器车减震盘上大小弹簧和弹簧端盖的有无、数量、漏装以及装配的质量，自动剔除不合格的产品。相对于人工检测，检测精度和速度有了明显的改善，大大降低了不合格产品流入下一道工序。

1 汽车减震盘视觉检测设备检测系统的整体方案设计

1.1 设备功能需求

设备分为入料区、出料区、按钮控制区、显示区，其工作流程如图1所示。在Loading位置放上待检测的减震盘后，通过气动夹爪将其撑紧后由送料电机将待检测品送至相机检测区域，由相机检测判断产品是否合格，然后通过移料电机将合格品运送至OK位；将不合格品送至NG位。并由出料顶升气缸将减震盘从移料架上输出。

1.2 视觉检测系统整体设计

本设计涉及的检测工件如图2所示。针对汽车离合器减震盘质量控制问题，检测调速离合器车减震盘上大小弹簧和弹簧端盖的有无、数量、漏装以及装配的质量，包括八个大弹簧内圈，四个小弹簧、六个堵头、分左右、八个铆钉，从而自动剔除不合格的产品，待检测的产品外形如图2所示。

检测流程为：找定位特征PLC控制电机旋转，一边旋转一边拍照，当相机找到定位特征后，反馈一个信号给PLC，PLC接收到信号立即停止旋转。接着PLC给相机拍照信号，第一次拍照发字符串“1”，注意拍照前先给字符串，再去拍照。“1”用来激活相机的第一次拍照程序。紧接着2、3、4、5、6、7、8。每次拍照都旋转固定的角度。依次顺序为：旋转角度确定、发字符串“1”到相机、触发相机拍照、相机拍照后储存拍照状态、电机旋转、旋转角度确定到位等。检测思路如图3所示。

本设计采用基于机器视觉技术的缺陷检测方法，即利用图像处理和分析对产品可能存在的缺陷进行检测，缺陷件的图像表现为缺陷处的灰度值与标准图像在此处的灰度值有差异。运用康耐视集成系统工具，先提取标准图像的灰度值，再将提取缺陷图像的特征，将两者进行比较，判断其差值是否超出预先设定的阈值范围，并由此判断待检测工件时候存在缺陷。具体操作思路为：把减震盘弹簧分八次检查，检测内容包括大小弹簧的有无、左右堵头的有无、铆钉的有无等，类似拟合了一个完整的工件。通过高端集成的定位工具，准确找到目标特征，从何给检测斑点的Blob工具的准确适用奠定了基础。运用条灯45°打光方式将弹簧特征准确反射到感光芯片上。

2 汽车减震盘视觉检测装置检测系统的硬件配置

典型的机器视觉系统一般是由光源、光学镜头、摄像机、传感器、图像分析处理软件、通讯接口等部分组成的。机器视觉基本结构示意图如图4。

其工作过程为：通过内含的2/3-inch CCD传感器采集高质量现场图像，内嵌数字图像处理（DSP）芯片，能脱离 PC 机对图像进行运算处理，PLC在接收到相机的图像处理结果后，进行动作输出。

本项目光源选择条形光，通过条形光将待测物件表面打亮；相机选择300万像素的，视野范围在50MM以内。镜头选择35毫米镜头。具体架设方案见图5。

相机放置在工件正上方，由条形灯打光，相机分辨率为2448*2048，相机工作距离307mm，整体框架可伸缩±20mm，视野为160mm，焦距为16mm。在连接相机、下载工程时用交叉网线连接相机与电脑，在触摸屏上显示图像时用交叉网线连接相机与触摸屏，硬件连接框图如图6。

3 汽车减震盘缺陷识别系统的视觉程序开发

汽车减震盘缺陷识别系统的视觉程序开发如图7所示。

本文运用康耐视集成系统工具In-Sight智能检测软件，以“减震盘大弹簧有无检测与通讯”为例，其具体检测步骤如下：

第1步：选择待处理的图像，单击显示电子表格视图；点击“选择板”—函数—视觉工具—斑点—ExtractBlobs；双击ExtractBlobs，出现设置斑点属性，双击“区域”，选择“大弹簧”区域，如图8所示；修改“要排序的数量”为“50”，取消选中边界斑点，“颜色：斑点”设置为“白色”，“颜色：背景”设置为“黑色”，“区域限制：最小”改为“500”，单击“黑色”；

第2步：在A13单元格内，输入GetNFound（A12），回车，在A13内显示斑点的个数； 在A10单元格内输入“检测1判断大弹簧是否存在”，见图9；在A23单元格内输入“If（A13）4，“有”，“无””；在A24单元格内输入“plotpoint”，回车，出现“属性页”，双击名称选择A23，双击颜色选择为；在A25单元格输入“editpoint”，出现属性页，点击“确定”；在A24单元格内输入“plotpoint B25，C25，A23，8，1”回车，图像上显示“检测出有无”，如图10所示；

第3步：在A30单元格输入“存储发送数据”，在G30单元格输入“建立连接”，在A35单元格输入“接受数据缓存区”，在G35单元格输入“接受建立连接”，在K35单元格输入“取数据”；在A31单元格输入“formatstring”，点击确定；在A27单元格内输入“If（A13）4，11，12”，双击A31，点击添加，点击A27，点击确定；单击G31，选择板—函数—双击writeresultsbuffer，双击“缓冲区”，选择A31，单击确定，结果碼设置为-1，协议设置为PROFINET；在A36单元格内输入formatstring，点击“添加”，“数据类型”设置为“16位整数”，点击“添加”，点击确定；在G36单元格内输入“readuserbuffer”，缓冲区选择A36，协议选择为PROFINET，点击确定；在K36单元格输入“Getbufferdata（G36，1）”，回车，完成通讯。

通讯切换程序的流程为：“Set Offline”置1，相机离线set offline置1；程序号写入到“Command Control input ”一般为qw；Execute Command 置1，然后置0；相机离线set offline置0。其检测软件测参数与PLC通讯思路见图11。

4 结束语

本课题完成了检测设备的机器视觉系统的硬件构建和程序开发，对汽车减震盘的主要缺陷进行研究，以大弹簧的有无及视觉和PLC部分的通讯为例，阐述了项目实施的主要思路等。研究的检测系统能高精度测量及准确的缺陷判断，满足企业的检测要求，目前已在南京某公司投放使用。

参考文献：

[1]胡江涛.基于机器视觉的飞机铆钉尺寸测量和缺陷检测系统的研究[D].2017（05）.

[2]吴荥荥.基于机器视觉的零部件质量检测研究[D].2017（06）.

作者简介：包挺（1996-），男，安徽人，大专，研究方向：机电一体化。