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摘要：本文以引进吸收再创新的模式，综合机器视觉技术、自动化技术和集群协作处理技术，研发“拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统”。
关键词：拉铆钉；视觉检测；实时在线；多参数
中图分类号：TP273+.5 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 16-0000-01
Pop Rivets Multi-parameter Online Real-time Visual Inspection System Study
Yu Qiong
(Southwestern University School of Computer Science and Technology,Mianyang621010,China)
Abstract:In this paper,the introduction of re-innovation model,integrated machine vision technology,automation technology and process technology cluster collaboration,research and development"pop rivets real-time online multi-parameter visual inspection system."
Keywords:Pop rivets;Visual inspection;Real-time online;Multi-parameter
一、引言
由于工业产品或者零部件的复杂性使得其需要测量的尺寸的参数很多，传统的人工测量难以满足大规模生产需求和短时间内测量多个尺寸参数的要求。本文结合拉铆钉生产现状及其外形轮廓特点，以工件外形边缘的投影图像作为被测边缘，基于计算机视觉在线测量技术，采用多摄像机组合测量的方式，开发了拉铆钉在线视觉测量系统。该系统将计算机视觉和数字图像处理技术应用于拉铆钉的大批量检测，对拉铆钉的各个尺寸参数进行自动在线测量，并根据预先设定的各参数检验合格标准，自动完成对拉铆钉的在线筛选，并统计出检测数量、不合格数、合格率等测量数据。该检测技术不仅可实现拉铆钉的在线检测，而且测量速度快、精度高，代表了工业产品及其零部件在线检测的发展方向，具有广阔的发展和应用空间。
二、系统方案设计
按照拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统的主要任务与技术指标，可将整套系统分成图像传感器模块、图像处理模块、无线传输模块、自动化定位模块及系统控制管理主机。其体系结构如图1所示。
图1：拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统的体系结构
三、拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统的设计与实现
（一）图像传感器模块。图像传感器模块由高性能的ARM9处理器、高速总线和CMOS图像传感器构成，使用多个视觉传感器进行同步采集和处理，直接将参数检测结果传送至图像处理模块。其所有参数采集、处理和检测结果传输过程少于10ms。图像传感器提供了良好的人机界面和丰富的底层控制方式，可对CMOS的曝光时间、白平衡、亮度获取等成像操作进行控制，并内置图像处理和几何检测算法，可直接得出检测所需如深度、角度等参数值。每个图像传感器还配备有自动化位置侍服机构，可以进行精度为20微米的上下微距调节。
（二）图像处理模块。图像处理模块由大容量的数据存储器SDRAM和程序存储器NAND FLASH、DSP处理器组成。前者为图像的快速处理提供硬件基础，后者对采集的图像进行底层处理，如图像滤波、图像增强、边缘检测等，以便处理程序从图像中抽取诸如角点、边缘、线条、边界以及色彩等关于场景的基本特征。同时，DSP通过编程对CMOS的曝光时间、白平衡、亮度获取等成像操作进行控制。
（三）无线传输模块。为了便于检测组网和数据传输、共享与协调控制，本文设计了与图像处理单元搭配的以太网接口和基于ZIGBEE技术的无线传输模块。
（四）自动化定位模块。自动化精确定位机构能够实现针对T12-T24型号的拉铆钉的精确定位。整个机构能够实现拉铆钉的型号自适应、自动进料和位置校正。整个定位系统可靠性高，可保证在20ms内完成所有的机械动作，使用寿命可达500万次以上。
（五）系统控制管理主机。系统控制管理主机为以上各个模块的正常运行提供保障。工件由自动传输机构传送给定位机构，由定位机构固定在待测位置，在背向光源照明下，图像采集装置采集到图像，由图像处理器将其转化为数字信号保存在计算机内，通过相关的软件算法对图像数字信号进行处理，从而得到所需要的各种目标图像特征值，并在此基础上实现模式识别、图像分析、参数计算等功能，最后用得到的结果来控制自动分选机构做出判断，对合格品和不合格品进行分类。并且通过人机界面实现人机交互。同时，系统外接打印机，可对测量数据进行打印。
四、实验
拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统已研制成为生产检测装备在工厂试用，如图2所示，运用此设备后，检测质量和检测效率得到明显提高。其检测速度高达1800件/小时，准确率达98%以上，检测精度达到10微米；整个检测系统属于全自动在线检测系统，可实现T12-T24五个型号22个规格的拉铆钉的全部尺寸参数用视觉传感器集群进行实时在线检测，残次品自动剔除。T16-20型号的拉铆钉实际检测数据如下图，4#数据是一个不合格产品，能准确识别和分检。装备的正确运转，证实工件多参数视觉传感器集群测量技术与方法切实可行。
图2：拉铆钉在线检测测试生产数据
五、总结
拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统，解决了拉铆钉生产过程中要求实时在线检测工件的多种参数，自动质量控制的行业性难题。系统在工业生产现场能够实现多参数精准、高速的实时在线测量，并自动完成对拉铆钉的在线筛选，统计出检测数量、不合格数、合格率等检测数据。检测精度为0.01mm，检测速度为每分钟1800件以上。提高了生产工人的工作效率，降低了劳动强度，也大大降低了生产成本。高速量化了拉铆钉技术指标，提升企业竞争力。
参考文献：
[1]刘华东,朱目成.数字图像处理技术在螺纹检测中的应用[J].现代机械,2007,2:23-26
[2]杨树森,张光明,刘煜.拉铆钉及其在铁道车辆中的应用[J].铁道车辆,2006,12:45-48
[3]栾新,王炎.计算机视觉技术在原木材积测量中的应用[J].电子测量技术,2002,44-46
关键词：拉铆钉；视觉检测；实时在线；多参数
中图分类号：TP273+.5 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 16-0000-01
Pop Rivets Multi-parameter Online Real-time Visual Inspection System Study
Yu Qiong
(Southwestern University School of Computer Science and Technology,Mianyang621010,China)
Abstract:In this paper,the introduction of re-innovation model,integrated machine vision technology,automation technology and process technology cluster collaboration,research and development"pop rivets real-time online multi-parameter visual inspection system."
Keywords:Pop rivets;Visual inspection;Real-time online;Multi-parameter
一、引言
由于工业产品或者零部件的复杂性使得其需要测量的尺寸的参数很多，传统的人工测量难以满足大规模生产需求和短时间内测量多个尺寸参数的要求。本文结合拉铆钉生产现状及其外形轮廓特点，以工件外形边缘的投影图像作为被测边缘，基于计算机视觉在线测量技术，采用多摄像机组合测量的方式，开发了拉铆钉在线视觉测量系统。该系统将计算机视觉和数字图像处理技术应用于拉铆钉的大批量检测，对拉铆钉的各个尺寸参数进行自动在线测量，并根据预先设定的各参数检验合格标准，自动完成对拉铆钉的在线筛选，并统计出检测数量、不合格数、合格率等测量数据。该检测技术不仅可实现拉铆钉的在线检测，而且测量速度快、精度高，代表了工业产品及其零部件在线检测的发展方向，具有广阔的发展和应用空间。
二、系统方案设计
按照拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统的主要任务与技术指标，可将整套系统分成图像传感器模块、图像处理模块、无线传输模块、自动化定位模块及系统控制管理主机。其体系结构如图1所示。
图1：拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统的体系结构
三、拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统的设计与实现
（一）图像传感器模块。图像传感器模块由高性能的ARM9处理器、高速总线和CMOS图像传感器构成，使用多个视觉传感器进行同步采集和处理，直接将参数检测结果传送至图像处理模块。其所有参数采集、处理和检测结果传输过程少于10ms。图像传感器提供了良好的人机界面和丰富的底层控制方式，可对CMOS的曝光时间、白平衡、亮度获取等成像操作进行控制，并内置图像处理和几何检测算法，可直接得出检测所需如深度、角度等参数值。每个图像传感器还配备有自动化位置侍服机构，可以进行精度为20微米的上下微距调节。
（二）图像处理模块。图像处理模块由大容量的数据存储器SDRAM和程序存储器NAND FLASH、DSP处理器组成。前者为图像的快速处理提供硬件基础，后者对采集的图像进行底层处理，如图像滤波、图像增强、边缘检测等，以便处理程序从图像中抽取诸如角点、边缘、线条、边界以及色彩等关于场景的基本特征。同时，DSP通过编程对CMOS的曝光时间、白平衡、亮度获取等成像操作进行控制。
（三）无线传输模块。为了便于检测组网和数据传输、共享与协调控制，本文设计了与图像处理单元搭配的以太网接口和基于ZIGBEE技术的无线传输模块。
（四）自动化定位模块。自动化精确定位机构能够实现针对T12-T24型号的拉铆钉的精确定位。整个机构能够实现拉铆钉的型号自适应、自动进料和位置校正。整个定位系统可靠性高，可保证在20ms内完成所有的机械动作，使用寿命可达500万次以上。
（五）系统控制管理主机。系统控制管理主机为以上各个模块的正常运行提供保障。工件由自动传输机构传送给定位机构，由定位机构固定在待测位置，在背向光源照明下，图像采集装置采集到图像，由图像处理器将其转化为数字信号保存在计算机内，通过相关的软件算法对图像数字信号进行处理，从而得到所需要的各种目标图像特征值，并在此基础上实现模式识别、图像分析、参数计算等功能，最后用得到的结果来控制自动分选机构做出判断，对合格品和不合格品进行分类。并且通过人机界面实现人机交互。同时，系统外接打印机，可对测量数据进行打印。
四、实验
拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统已研制成为生产检测装备在工厂试用，如图2所示，运用此设备后，检测质量和检测效率得到明显提高。其检测速度高达1800件/小时，准确率达98%以上，检测精度达到10微米；整个检测系统属于全自动在线检测系统，可实现T12-T24五个型号22个规格的拉铆钉的全部尺寸参数用视觉传感器集群进行实时在线检测，残次品自动剔除。T16-20型号的拉铆钉实际检测数据如下图，4#数据是一个不合格产品，能准确识别和分检。装备的正确运转，证实工件多参数视觉传感器集群测量技术与方法切实可行。
图2：拉铆钉在线检测测试生产数据
五、总结
拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统，解决了拉铆钉生产过程中要求实时在线检测工件的多种参数，自动质量控制的行业性难题。系统在工业生产现场能够实现多参数精准、高速的实时在线测量，并自动完成对拉铆钉的在线筛选，统计出检测数量、不合格数、合格率等检测数据。检测精度为0.01mm，检测速度为每分钟1800件以上。提高了生产工人的工作效率，降低了劳动强度，也大大降低了生产成本。高速量化了拉铆钉技术指标，提升企业竞争力。
参考文献：
[1]刘华东,朱目成.数字图像处理技术在螺纹检测中的应用[J].现代机械,2007,2:23-26
[2]杨树森,张光明,刘煜.拉铆钉及其在铁道车辆中的应用[J].铁道车辆,2006,12:45-48
[3]栾新,王炎.计算机视觉技术在原木材积测量中的应用[J].电子测量技术,2002,44-46