技術文章
機器視覺的粗糙度檢測方法有哪些？這個方案效果不錯
日期：2018-01-05
來源：J9九游会中国
機器視覺是人工智能正在快速發展的一個分支。簡單說來，機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺係統是通過機器視覺產品(即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理係統，得到被攝目標的形態信息，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號;圖像係統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控製現場的設備動作。
基於機器視覺的粗糙度檢測方案
在機械零件切削的過程中，刀具或砂輪遺留的刀痕，切屑分離時的塑性變形和機床振動等因素，會使零件的表麵形成微小的峰穀。這些微小峰穀的高低程度和間距狀況叫做表麵粗糙度, 也稱為微觀不平度, 它是一種微觀幾何形狀誤差。 產品的工作性能、可靠性、壽命在很大程度上取決於主要零件的表麵質量，因而粗糙度是重要的工業參數。
粗糙度儀從測量原理上主要分為兩大類：接觸式和非接觸式，接觸式粗糙度儀主要是主機和傳感器的形式，非接觸式粗糙度儀主要是光學原理，例如激光表麵粗糙度儀。
應用領域
表麵質量特征是零件重要的特征之一，由於表麵粗糙度與機械零件的配合性質、耐磨性、疲勞強度、接觸剛度、振動和噪聲等有密切關係，因而粗糙儀有著廣闊的應用領域。
目前粗糙度儀的應用領域有：
1. 機械加工製造業，主要是金屬加工製造。粗糙度儀最初的產生就是為了檢測機械加工零件表麵粗糙度而生的。尤其是觸針式粗糙度測量儀比較適用於質地比較堅硬的金屬表麵的檢測。如：汽車零配件加工製造業、機械零部件加工製造業，等等。這些加工製造行業隻要涉及到工件表麵質量的，對於粗糙度儀的檢測應用是必不可少的。
2. 非金屬加工製造業，隨著科技的進步與發展，越來越多的新型材料應用到加工工藝上，如陶瓷、塑料、聚乙烯，等等，現在有些軸承就是用特殊陶瓷材料加工製作的，還有泵閥等是利用聚乙烯材料加工製成的。這些材料質地堅硬，某些應用可以替代金屬材料製作工件，在生產加工過程中也需要檢測其表麵粗糙度。
3. 隨著粗糙度儀的技術和功能不斷加強和完善，以及深入的推廣和應用，越來越多的行業被發現會需求粗糙度的檢測，除機械加工製造外，電力、通訊、電子，如交換機上聯軸器、集成電路半導體等生產加工過程中也需粗糙度的評定，甚至人們生活中使用的文具、餐具、人的牙齒表麵都要用到表麵粗糙度的檢驗。
基礎原理
非接觸式粗糙度檢測設備采用激光三角法原理對被測物體表麵和激光器之間的距離變化進行測量。該方法提供了通過一台千兆網工業相機精確測量某一平麵位移值的理論根據，從而將對工件表麵高度變化值的測量轉化為對相機成像麵上光斑中心位置偏移值的測量。激光三角法屬於無接觸測量，測量時，由光源發出的一束激光照射在待測物體平麵上，通過反射最後在檢測器上成像。當物體表麵的位置發生改變時，其所成的像在檢測器上也發生相應的位移。通過像移和實際位移之間的關係式，真實的物體位移可以由對像移的檢測和計算得到。
利用直射式三角法進行微位移測量在實際應用中必須滿足以下的條件：
1. 必須保證激光束始終和被測量物體表麵垂直；
2. 要使得被測量物體的運動方向和測量麵垂直；
3. 要使得測量點盡量在參考零點附近並且始終要在測量範圍之內。
利用激光三角法測量原理測量工件表麵高度變化的精確度很高， 理論精度可以達到±0.01mm 以下。我國目前將激光三角法應用於粗糙度、平麵度以及工件高度和三維形狀的檢測技術方麵的研究工作還做的很少，相關的文獻資料基本上也沒有，無先例可以參考借鑒，而在其他的加工領域，激光三角法已有不少應用的先例，如激光切割高度跟隨係統精度在 0.01mm，國產的錫膏測厚儀精度在 0.1µm，激光測厚儀精度在1µm。
係統構成
非接觸式粗糙度檢測設備主要由激光光源係統、工業相機成像係統、計算機軟件係統和驅動機構組成，如圖所示。計算機係統為核心控製係統，用於控製相機的圖像拍攝和存儲，同時負責響應操作員發送的外部命令；
激光光源將光照射在被切割工件表麵上；相機係統負責攝取圖像信息，並輸入計算機，通過計算機計算得出工件表麵高度；驅動機構接收到計算機的指令後，調節傳送帶的速度，滿足不同調節測量。搭建該係統需要激光器、照明光源、濾光片、華用科技千兆網工業相機、工作台、驅動裝置、PC機。激光三角測量法將對工件高度變化值的測量轉化為對工業相機成像麵上光斑中心位置偏移值的測量。測量的精度很大程度上和光斑在工業相機成像麵上像點能量中心位置的測量準確度有關。光斑像點在工業相機上一般要占據幾十個到上百個光敏單元，如果光斑本身越小，則像點也越小，光斑的能量中心也越突出， 則光斑的能量中心越容易檢測。同理，光斑的光強越大，光斑的能量中心也越突出，則光斑的能量中心越容易檢測。
方案優勢
與傳統的接觸式粗糙度度檢測設備相比，我們提供的激光非接觸粗糙度檢測設備具有獨特的優勢：
1. 接觸式粗糙度儀測量時需要探針接觸，測尖易磨損和損壞，同時也容易劃傷工件表麵。而激光非接觸粗糙度儀避免了對被測物體造成劃痕和磨損，尤其適用於各種柔軟材料、易腐蝕材料和傳統方式無法檢測的表麵形態測量和分析。
2. 接觸式粗糙度儀需要工作過程中多次校準，而對於特定的測量環境，激光粗糙度測量儀隻需一次性設置和校準，節約維護和再檢定的時間和金錢成本。
3. 傳統的粗糙度測量儀不能安裝在生產線上進行在線連續動態測量。激光粗糙度測量儀測量速度是傳統儀器的 10 到 100 倍，可以安裝在產品上進行動態測量。
基於機器視覺的粗糙度檢測方案
在機械零件切削的過程中，刀具或砂輪遺留的刀痕，切屑分離時的塑性變形和機床振動等因素，會使零件的表麵形成微小的峰穀。這些微小峰穀的高低程度和間距狀況叫做表麵粗糙度, 也稱為微觀不平度, 它是一種微觀幾何形狀誤差。 產品的工作性能、可靠性、壽命在很大程度上取決於主要零件的表麵質量，因而粗糙度是重要的工業參數。
粗糙度儀從測量原理上主要分為兩大類：接觸式和非接觸式，接觸式粗糙度儀主要是主機和傳感器的形式，非接觸式粗糙度儀主要是光學原理，例如激光表麵粗糙度儀。
應用領域
表麵質量特征是零件重要的特征之一，由於表麵粗糙度與機械零件的配合性質、耐磨性、疲勞強度、接觸剛度、振動和噪聲等有密切關係，因而粗糙儀有著廣闊的應用領域。
目前粗糙度儀的應用領域有：
1. 機械加工製造業，主要是金屬加工製造。粗糙度儀最初的產生就是為了檢測機械加工零件表麵粗糙度而生的。尤其是觸針式粗糙度測量儀比較適用於質地比較堅硬的金屬表麵的檢測。如：汽車零配件加工製造業、機械零部件加工製造業，等等。這些加工製造行業隻要涉及到工件表麵質量的，對於粗糙度儀的檢測應用是必不可少的。
2. 非金屬加工製造業，隨著科技的進步與發展，越來越多的新型材料應用到加工工藝上，如陶瓷、塑料、聚乙烯，等等，現在有些軸承就是用特殊陶瓷材料加工製作的，還有泵閥等是利用聚乙烯材料加工製成的。這些材料質地堅硬，某些應用可以替代金屬材料製作工件，在生產加工過程中也需要檢測其表麵粗糙度。
3. 隨著粗糙度儀的技術和功能不斷加強和完善，以及深入的推廣和應用，越來越多的行業被發現會需求粗糙度的檢測，除機械加工製造外，電力、通訊、電子，如交換機上聯軸器、集成電路半導體等生產加工過程中也需粗糙度的評定，甚至人們生活中使用的文具、餐具、人的牙齒表麵都要用到表麵粗糙度的檢驗。
基礎原理
1. 必須保證激光束始終和被測量物體表麵垂直；
2. 要使得被測量物體的運動方向和測量麵垂直；
3. 要使得測量點盡量在參考零點附近並且始終要在測量範圍之內。
利用激光三角法測量原理測量工件表麵高度變化的精確度很高， 理論精度可以達到±0.01mm 以下。我國目前將激光三角法應用於粗糙度、平麵度以及工件高度和三維形狀的檢測技術方麵的研究工作還做的很少，相關的文獻資料基本上也沒有，無先例可以參考借鑒，而在其他的加工領域，激光三角法已有不少應用的先例，如激光切割高度跟隨係統精度在 0.01mm，國產的錫膏測厚儀精度在 0.1µm，激光測厚儀精度在1µm。
係統構成
非接觸式粗糙度檢測設備主要由激光光源係統、工業相機成像係統、計算機軟件係統和驅動機構組成，如圖所示。計算機係統為核心控製係統，用於控製相機的圖像拍攝和存儲，同時負責響應操作員發送的外部命令；
激光光源將光照射在被切割工件表麵上；相機係統負責攝取圖像信息，並輸入計算機，通過計算機計算得出工件表麵高度；驅動機構接收到計算機的指令後，調節傳送帶的速度，滿足不同調節測量。搭建該係統需要激光器、照明光源、濾光片、華用科技千兆網工業相機、工作台、驅動裝置、PC機。激光三角測量法將對工件高度變化值的測量轉化為對工業相機成像麵上光斑中心位置偏移值的測量。測量的精度很大程度上和光斑在工業相機成像麵上像點能量中心位置的測量準確度有關。光斑像點在工業相機上一般要占據幾十個到上百個光敏單元，如果光斑本身越小，則像點也越小，光斑的能量中心也越突出， 則光斑的能量中心越容易檢測。同理，光斑的光強越大，光斑的能量中心也越突出，則光斑的能量中心越容易檢測。
方案優勢
與傳統的接觸式粗糙度度檢測設備相比，我們提供的激光非接觸粗糙度檢測設備具有獨特的優勢：
1. 接觸式粗糙度儀測量時需要探針接觸，測尖易磨損和損壞，同時也容易劃傷工件表麵。而激光非接觸粗糙度儀避免了對被測物體造成劃痕和磨損，尤其適用於各種柔軟材料、易腐蝕材料和傳統方式無法檢測的表麵形態測量和分析。
2. 接觸式粗糙度儀需要工作過程中多次校準，而對於特定的測量環境，激光粗糙度測量儀隻需一次性設置和校準，節約維護和再檢定的時間和金錢成本。
3. 傳統的粗糙度測量儀不能安裝在生產線上進行在線連續動態測量。激光粗糙度測量儀測量速度是傳統儀器的 10 到 100 倍，可以安裝在產品上進行動態測量。
