金屬連接器加工應(yīng)用——裂痕和螺紋檢測(cè)
應(yīng)用需求
這個(gè)項(xiàng)目需要機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)出在加工金屬連接器的過(guò)程中出現(xiàn)了裂痕和缺少螺紋的次品。
視覺(jué)功能要求：
檢測(cè)并且排除出表面有裂痕的金屬連接器（360度檢測(cè)）
檢測(cè)出連接器上的螺紋是否存在
檢測(cè)速度要求達(dá)到每分鐘70-80個(gè)
圖一：帶有細(xì)小裂痕的次品連接器

硬件系統(tǒng)需求：
3套NetSight II 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)
5臺(tái)JAI CV-A11相機(jī)
鏡頭：Tamron標(biāo)準(zhǔn)35mm鏡頭
光源：RL3536 紅色環(huán)行LED 用于檢測(cè)裂痕
SL2507 紅色束射光 用于檢測(cè)螺紋

金屬連接器在生產(chǎn)傳送帶上經(jīng)過(guò)一個(gè)軸承轉(zhuǎn)盤(pán)將連接器送入視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)中，軸承轉(zhuǎn)盤(pán)的送料速度為每分鐘70-80個(gè)。


待檢工件進(jìn)入視覺(jué)系統(tǒng)后，它與5個(gè)相機(jī)的夾角各為72度。當(dāng)它進(jìn)入到視覺(jué)系統(tǒng)中時(shí)，它將使一號(hào)PIP感應(yīng)開(kāi)關(guān)觸發(fā)感應(yīng)信號(hào)使5臺(tái)相機(jī)同時(shí)拍照。
5臺(tái)相機(jī)分別連接到3套NetSight II視覺(jué)系統(tǒng)中，它們之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)完成整個(gè)檢測(cè)。1號(hào)相機(jī)負(fù)責(zé)檢測(cè)裂痕和螺紋的缺損情況，2-5號(hào)相機(jī)只負(fù)責(zé)檢測(cè)裂痕。確保每臺(tái)相機(jī)和它相鄰相機(jī)的FOV重疊，以此保證360度的全方位檢測(cè)。
兩個(gè)紅色LED光源，一個(gè)為環(huán)行光源和一個(gè)束射光源。同時(shí)對(duì)待檢工件進(jìn)行照明，束射光源安裝在環(huán)行光源的中間。
3套NetSight II視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)4口以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行連接。用第一臺(tái)NetSight II 視覺(jué)系統(tǒng)做為整套檢測(cè)系統(tǒng)的服務(wù)器，它上的檢測(cè)界面同時(shí)接收另外兩臺(tái)NetSight II視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的檢測(cè)數(shù)據(jù)。從而通過(guò)3套NetSight II視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)判斷所檢工件是否合格。
2個(gè)輸出信號(hào)將傳送給PLC來(lái)對(duì)檢測(cè)后的工件進(jìn)行處理。第一個(gè)輸出信號(hào)來(lái)自第一臺(tái)NetSight II的Pass/Fail狀態(tài)指示信號(hào)，其他的信號(hào)來(lái)自系統(tǒng)中的二號(hào)PIP感應(yīng)開(kāi)關(guān)（控制合格產(chǎn)品繼續(xù)傳送和剔除不合格產(chǎn)品的機(jī)器動(dòng)作）。PLC的輸出信號(hào)傳送給剔除機(jī)器臂，當(dāng)待檢工件判斷為合格產(chǎn)品時(shí)，經(jīng)過(guò)2號(hào)PIP感應(yīng)開(kāi)關(guān)后將繼續(xù)由傳送帶傳送。如果待檢工件經(jīng)過(guò)檢測(cè)后判斷為不合格產(chǎn)品，則通過(guò)2號(hào)PIP感應(yīng)開(kāi)關(guān)時(shí)將會(huì)被剔除機(jī)器臂從傳送帶上剔除。
以下是幾種不合格連接器的照片：
圖二A：細(xì)小裂痕 圖二B：較大的裂痕



圖三A：螺紋數(shù)超出 圖三B：沒(méi)有螺紋


視覺(jué)系統(tǒng)安裝：
5臺(tái)相機(jī)分別與3套視覺(jué)系統(tǒng)連接：NetSight 1、NetSight 2、NetSight 3。 盡管每套NetSight視覺(jué)系統(tǒng)都能夠同時(shí)連接3個(gè)相機(jī)，但下面的配置對(duì)于此項(xiàng)目來(lái)說(shuō)更加合理：
相機(jī) 1： NetSight 1
相機(jī) 2和相機(jī) 3： NetSight 2
相機(jī) 4和相機(jī) 5： NetSight 3

圖四：相機(jī)與NetSight II的連接配置


圖五：相機(jī)側(cè)面安裝示意圖


視覺(jué)應(yīng)用軟件Sherlock
裂痕的檢測(cè)
為了檢測(cè)出金屬連接器表面的裂痕，我們運(yùn)用了“陰影”技術(shù)對(duì)連接器的容易出現(xiàn)裂痕的重要部位進(jìn)行特征突出分析處理。（裂痕的產(chǎn)生總是從連接器上下端面的邊界開(kāi)始）“陰影”技術(shù)是通過(guò)紅色LED光源對(duì)待檢工件側(cè)面進(jìn)行全方位垂直角度為45度的照射，光線(xiàn)使側(cè)面的邊緣線(xiàn)條突出顯示出來(lái)。

拍攝圖像首先通過(guò)二進(jìn)制卷積處理使圖象中邊緣輪廓的灰度值轉(zhuǎn)化為白色像素。
圖六：連接邊緣輪廓基線(xiàn)


對(duì)于一個(gè)合格的工件，如圖六所示，邊緣輪廓的基線(xiàn)高度不會(huì)超出一定數(shù)量的像素。但是如果有裂痕產(chǎn)生時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很高，很暗的垂直空穴。這個(gè)空穴能夠很容易的通過(guò)其大小尺寸識(shí)別出來(lái)，如下圖所示：
圖七：相機(jī)1拍攝的帶有較大裂痕的連接器照片


圖八：相機(jī)1拍攝的帶有細(xì)小裂痕的連接器照片


所有邊緣輪廓基線(xiàn)的高度作平均運(yùn)算算出其平均高度值。在計(jì)算平均高度的同時(shí)也記錄了最大高度的值。
最后一步的運(yùn)算是用最大高度值減去平均高度值，通過(guò)公差來(lái)判斷所檢工件是否存在裂痕。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)合格的連接器其高度公差值在2到5個(gè)像素之間。

螺紋的檢測(cè)
螺紋的檢測(cè)只靠連接在NetSight 1上的一個(gè)相機(jī)來(lái)完成。為了檢測(cè)螺紋是否存在，需要用束射光對(duì)連接器的內(nèi)側(cè)面進(jìn)行照射。束射光源安裝在環(huán)行光源的中心位置，當(dāng)束射光照射到工件的內(nèi)側(cè)面時(shí)，如有螺紋存在相機(jī)將會(huì)拍攝到高對(duì)比度的圖像。

圖九：檢測(cè)螺紋是否存在


如果螺紋不存在，則工件的內(nèi)側(cè)面將會(huì)呈現(xiàn)出暗黑色。這些后我們統(tǒng)計(jì)檢測(cè)區(qū)域中白色像素的個(gè)數(shù)，如果螺紋存在那么白色像素?cái)?shù)量應(yīng)該大于3500，如果螺紋不存在則這個(gè)數(shù)量應(yīng)該小于2000。