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用机器视觉检测工装的尝试

--用机器视觉检测工装的尝试

供稿:上海锡明光电科技有限公司 2010/1/19 9:57:00

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  • 关键词: 机器视觉 检测
  • 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。

摘要: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。
   

另外还有一些具体数据不再一一列举。完成一支辊筒的检测大约二小时即可。

图5.部分沟槽截图

6.结束语
        用机器视觉的方法检验整经/压力辊的沟槽是否符合工艺要求是一个尝试,取得了一定的效果。但是就所做的设备和所做的软件来看还有很多可改进之处。另外,通过这一尝试,认为在生产设备和工艺装备上会有广阔的应用前景。


说明:本项目与上海锡明光电公司合作,在此深表感谢。

更多内容请访问 上海锡明光电科技有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=36292)

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