视觉技术在钣金检测中的应用

文／李利军·无锡市创视新科技有限公司

视觉技术在钣金检测中的应用

文／李利军·无锡市创视新科技有限公司

视觉技术的应用领域

众所周知，“视”是指眼睛可以看见事物，“觉”是指大脑能对所见事物进行分析处理。视觉技术就是让机器拥有视觉功能，并替代人眼来做判断，它都是通过图像采集和软件处理这两个过程来实现的，其具体应用技术如图1所示。

缺陷检测

缺陷检测广泛应用于金属、电子、薄膜、无纺布、纸张等行业，主要用来检验产品表面是否有划痕、污点等不符合产品质量要求的瑕疵，是视觉技术应用最为广泛的领域。

视觉测量

视觉测量主要应用于半导体行业。在理论上，视觉测量是很容易实现的。然而，在工业应用方面，目前最主要的问题在于如何保证测量的精度和稳定性。

视觉引导

视觉引导广泛应用于机械手、机器人等行业，它是通过视觉系统对机器位置坐标进行引导，实现机器的准确定位，目前，几乎所有的机器人都需要机器视觉系统的配合。

视觉识别

目前，视觉识别主要应用在人脸识别、车牌识别等方面。

MVC视觉测量系统

现代钣金制造业趋于多品种、小批量生产，这种加工方式对生产流程的管控提出了很大挑战。钣金件的小批量生产需要经常对机床进行调整，如激光切割机编程、模具更换等，频繁的调整会给加工带来偏差或错误。如何保证各批次钣金件的合格率，这就需要对每批次首件进行检测。首件不合格将会导致产品的批量报废，给企业带来材料、人工等浪费。此外，大批量的钣金件加工还需配合抽检。

传统钣金检测方法主要存在两个问题：一是检测时间太长，一些复杂的钣金件其型孔就有几十甚至上百个，再加上其他尺寸的检测，人工测量往往要花费很长时间，这也延长了设备停机等待时间，而批次越多所造成的机器及人工浪费就越严重；二是精度难以保证，检测结果容易受人为因素的影响，如“测量从哪个点开始”“测量基准的选取方式”等，导致了不同人员的检测结果存在差异，若管控不力将导致不合格品流入市场，给企业带来不可估量的损失。

MVC钣金视觉检测系统基于机器视觉技术，集光学、电子、计算机图像处理技术于一体，专门用于钣金检测的精密测量仪器。它有效解决了人工测量偏差和一次成像范围测量精度的问题，测量速度是传统测量仪器的10倍以上，大幅提高了测量效率和测量精度，消除了人为误差，实现了钣金检测的智能化。

MVC钣金检测系统的使用非常简便，首先要将被测零件放置于测量平台，通过拍照获取零件轮廓，并与导入的CAD图拟合，实现一键式测量，最后显示检测结果，零件的加工偏差、尺寸缺失等项目可直观显示，整个检测过程不到一分钟。

在研发设计之初，MVC钣金检测系统就紧密结合钣金加工行业特点，基于CAD软件平台设计，使用户可以直接导入被检测钣金件的CAD图纸，并以此作为测量的基准。图纸规范以CAD软件为标准，对于因设计人员操作习惯导致的不规范图纸，如多点、多线等情况，系统将自动判断识别。MVC系统设计有虚拟卡尺功能，可用于检测部分重要尺寸，如测量两个圆之间的圆心距，只需点击它们的圆周即可得出圆心距数据。对于超大零件，即超出检测平台范围的钣金件，系统采用两次或多次拍照的方式获取零件图像，通过选择基准点进行快速拼接测量，解决了钣金件因超出测量范围就无法检测的问题。逆向测量可以实现样品到图像的快速转换，为产品设计等提供依据。MVC系统的检测结果可直观显示，对不同的尺寸偏差分别以不同颜色加以区分，检测报表可实现输出打印，便于用户对每批次产品的检测结果进行存档备案。

MVC系统的技术特色

取像频闪

视觉测量技术的重点在于光电和图像处理。光源为机器视觉系统提供原始信息载体，是图像采集的重要组成部分。光源照明效果直接影响后期的图像处理，LED光源具有寿命长、反应速度快、无闪烁，以及形状、颜色便于控制等优点，保证了高质量图像轮廓的获取，结合MVC系统设计的取像频闪技术，不仅节能环保，更延长了LED光源的使用寿命。

增加材质修正功能

考虑到钣金件会使用不锈钢、铜板、铝板等材质，而不同材质的感光系数又不尽相同，特别是阴影反光会对成像系统的转换产生微小影响，为了保证检测结果的精度，MVC系统图像算法增加了多种材质的系数修正功能，减小了零件因材质不同而带来的尺寸偏差。

采用高精密标准玻璃标定板

标定板是机器视觉、图像测量、摄影测量、三维重建等的关键工具，主要作用是校正镜头畸变、确定物理尺寸和像素间的换算关系，以及确定物体表面某点的空间位置与其在图像中对应点之间的相互关系。通过相机拍摄带有实心圆阵列标准标定板，经过标定算法的计算，可以得出相机的几何模型，从而得到高精度的测量和重建结果。传统的标定采用菲林标定板，其优点是价格便宜，但不容易保存，在使用过程中常因材质不平整等因素导致畸变。玻璃标定板虽然价格昂贵，但其不受材质因素影响，采用实心圆阵列图案CG-100-D，配合图像软件算法，保证了视觉测量的精度。

采用分区域校准枕形、桶形畸变

由于拍摄视野较大，特别是视野边缘处，如桶形和枕形畸变会对测量精度存在微小影响。为校正镜头畸变，确保物理尺寸和像素间的转换关系，特别采用分区域畸变校准方式。

采用双臂立式结构

设备采用双臂立式结构，成像系统位于测量平台上方，横梁双臂与工作台紧密结合，整个设备不会受外部振动等因素影响，非常适合放置车间配合机床使用。

钣金行业是现代制造业中的基础产业，机器视觉技术作为工业现代化不可或缺的技术力量，将迎来更大的机遇，钣金视觉检测系统作为机器视觉技术的一个应用典范，为钣金行业乃至整个制造业的发展提供了有力支撑。