技術文章
多相機檢測係統在汽車零件外觀檢測中的應用
日期：2017-04-10
來源：J9九游会中国
項目背景
一家世界知名汽車配件製造商為保障其生產的汽車小型電機組件的品質，減少人為誤檢，杜絕不良品的出現，提高效率，決定將原有的人工檢測方式升級到使用全自動檢測及分選係統。這家公司經過嚴格考察後選用了整體視覺檢測方案，投入使用後的事實證明，該方案大大提高了檢測的速度和準確率，能檢測幾十類品種，每個產品的檢測項目多達十幾項，每個產品的檢測時間在4秒以內。
麵臨的挑戰
這家汽車配件製造商在產品檢測中主要麵臨以下挑戰：
1）產品型號多，材質和色彩差異性大，對檢測係統適應性要求高；
2）檢測項目多，各項目對應光源的波長及拍攝角度要求不同，需解決各光源與各個相機之間的相互幹擾；
3）運動機構需考慮避免與各個相機及光源產生幹涉；
4）工件的位置變動會影響其他相機及檢測項，需統籌考慮；
5）顯示、統計內容及界麵需滿足客戶的個性化要求。
係統組成
視覺檢測方案，由以下幾部分構成：1）多相機視覺檢測軟件；2）由4台CCD相機、多個同軸光源、條形光源等組成的成像係統；3）由機械臂、旋轉平台、剔除機構、各類氣動器件和電動器件組成的執行係統。
圖1：多相機檢測係統的構成。
圖2：多相機檢測係統的控製和顯示部分。
檢測流程
首先機械臂將工件從來料傳送帶夾起，放置到旋轉檢測台中，測試軟件控製光源1啟用（見圖1），相機1拍照；然後光源1關閉，光源2、3同時啟用，相機2、3 同時拍照；接著旋轉載具旋轉特定的角度，啟用光源4，相機4拍照。待所有相機取像完成、並且視覺軟件對圖像處理完成後，視覺係統將檢測結果顯示在電腦屏幕上，同時刷新曆史記錄文檔，並將檢測結果傳送給PLC，PLC發送指令給機械臂，將工件放入成品傳送帶或者將NG品剔除，然後進行下一個產品的檢測流程。整個測試流程非常緊湊，穩定可靠。
實施注意事項
1）由於產品數量多、檢測項目多，有效的做法是將所有的檢測內容羅列出來，將其分為必測項目和可選測項目，根據項目的成像特性，選擇對應的測試方式。本係統有效地應用了逐次精確定位、圖案匹配、灰度對比、斑點麵積、斑點間距離、邊測量等工具和工具組合，確保完成所有必測項目，在此基礎上，再盡量完成可選測項目。
2）針對每個相機的必測項目，選擇合適的光源，逐個相機測試各檢測項目能否都滿足需要，確認同一相機是否需要多個光源。在進行各測試項目之前，必須首先確定該相機取像的定位方法，並且在測試驗證過程中，如有更換光源或者改變光源照射角度、相機取像角度等問題，都必須重新確認定位是否準確、穩定。
3）根據上述第2）項，確定各個相機取像及測試的項目難度順序，在進行放置工件的高度、角度、方向及相關治具的設計時，先考慮包含難度最高項目的相機取像效果，並作實際測試，完成該相機各項測試後，再按難度順序進行下一個相機的測試，全部相機按順序測試完成後，再從頭開始檢測，直至所有的檢測項目取像都能滿足要求。
4）每個測試項目都必須留有足夠的測試餘量，加大工藝窗口，以應對現場千差萬別的實際狀況。在評估、驗證及現場實施階段，需選用大量的OK樣品和NG樣品，驗證算法和設備工作的準確性和穩定性。
係統優勢
1） 機械設計巧妙，不用更改原有產線結構；
2） 一套設備檢測多個項目，節約成本，提高效率；
3） 軟件結構合理高效，設備性能穩定；
4） 適應多品種、多檢測內容；
5） 易於綜合統計、保存曆史記錄；
6） 統一界麵、操作方便；
圖3：多相機檢測係統的操作和顯示界麵。
應用前景
該係統具有很強的適應性，結構的嚴謹性和靈活性相統一，原有的程序可以方便地增加新的功能，且不會影響設備原有項目的檢測能力；測試不同的產品，隻需要簡單地調用以該產品名稱命名的測試作業即可，普通操作人員可以在10秒鍾之內完成；具有良好的統計和質量追溯功能；該係統適用於許多小型汽車配件的有無判別、尺寸測量、變形檢測、灰度差異檢測等項目，反應快速，穩定可靠。
一家世界知名汽車配件製造商為保障其生產的汽車小型電機組件的品質，減少人為誤檢，杜絕不良品的出現，提高效率，決定將原有的人工檢測方式升級到使用全自動檢測及分選係統。這家公司經過嚴格考察後選用了整體視覺檢測方案，投入使用後的事實證明，該方案大大提高了檢測的速度和準確率，能檢測幾十類品種，每個產品的檢測項目多達十幾項，每個產品的檢測時間在4秒以內。
麵臨的挑戰
這家汽車配件製造商在產品檢測中主要麵臨以下挑戰：
1）產品型號多，材質和色彩差異性大，對檢測係統適應性要求高；
2）檢測項目多，各項目對應光源的波長及拍攝角度要求不同，需解決各光源與各個相機之間的相互幹擾；
3）運動機構需考慮避免與各個相機及光源產生幹涉；
4）工件的位置變動會影響其他相機及檢測項，需統籌考慮；
5）顯示、統計內容及界麵需滿足客戶的個性化要求。
係統組成
視覺檢測方案，由以下幾部分構成：1）多相機視覺檢測軟件；2）由4台CCD相機、多個同軸光源、條形光源等組成的成像係統；3）由機械臂、旋轉平台、剔除機構、各類氣動器件和電動器件組成的執行係統。
檢測流程
首先機械臂將工件從來料傳送帶夾起，放置到旋轉檢測台中，測試軟件控製光源1啟用（見圖1），相機1拍照；然後光源1關閉，光源2、3同時啟用，相機2、3 同時拍照；接著旋轉載具旋轉特定的角度，啟用光源4，相機4拍照。待所有相機取像完成、並且視覺軟件對圖像處理完成後，視覺係統將檢測結果顯示在電腦屏幕上，同時刷新曆史記錄文檔，並將檢測結果傳送給PLC，PLC發送指令給機械臂，將工件放入成品傳送帶或者將NG品剔除，然後進行下一個產品的檢測流程。整個測試流程非常緊湊，穩定可靠。
實施注意事項
1）由於產品數量多、檢測項目多，有效的做法是將所有的檢測內容羅列出來，將其分為必測項目和可選測項目，根據項目的成像特性，選擇對應的測試方式。本係統有效地應用了逐次精確定位、圖案匹配、灰度對比、斑點麵積、斑點間距離、邊測量等工具和工具組合，確保完成所有必測項目，在此基礎上，再盡量完成可選測項目。
2）針對每個相機的必測項目，選擇合適的光源，逐個相機測試各檢測項目能否都滿足需要，確認同一相機是否需要多個光源。在進行各測試項目之前，必須首先確定該相機取像的定位方法，並且在測試驗證過程中，如有更換光源或者改變光源照射角度、相機取像角度等問題，都必須重新確認定位是否準確、穩定。
3）根據上述第2）項，確定各個相機取像及測試的項目難度順序，在進行放置工件的高度、角度、方向及相關治具的設計時，先考慮包含難度最高項目的相機取像效果，並作實際測試，完成該相機各項測試後，再按難度順序進行下一個相機的測試，全部相機按順序測試完成後，再從頭開始檢測，直至所有的檢測項目取像都能滿足要求。
4）每個測試項目都必須留有足夠的測試餘量，加大工藝窗口，以應對現場千差萬別的實際狀況。在評估、驗證及現場實施階段，需選用大量的OK樣品和NG樣品，驗證算法和設備工作的準確性和穩定性。
係統優勢
1） 機械設計巧妙，不用更改原有產線結構；
2） 一套設備檢測多個項目，節約成本，提高效率；
3） 軟件結構合理高效，設備性能穩定；
4） 適應多品種、多檢測內容；
5） 易於綜合統計、保存曆史記錄；
6） 統一界麵、操作方便；
應用前景
該係統具有很強的適應性，結構的嚴謹性和靈活性相統一，原有的程序可以方便地增加新的功能，且不會影響設備原有項目的檢測能力；測試不同的產品，隻需要簡單地調用以該產品名稱命名的測試作業即可，普通操作人員可以在10秒鍾之內完成；具有良好的統計和質量追溯功能；該係統適用於許多小型汽車配件的有無判別、尺寸測量、變形檢測、灰度差異檢測等項目，反應快速，穩定可靠。
