[汽车白车身机器视觉检测系统]机器视觉中的检测

时间:2020-01-13 07:18:53 来源:易达学习网 本文已影响 易达学习网

汽车白车身机器视觉检测系统

汽车白车身机器视觉检测系统 随着社会技术的不断进步,在相关的领域内,人类的视 觉已越来越不能满足生产的需要。自动化技术和计算机技术 的发展,为机器视觉的产生提供了技术基础. 摘 要:
机器视觉;

机器检测;

三维测量 一、绪论 起步于20世纪80年代的机器视觉系统,是用机器来 实现人的视觉功能,形成对世界物体的认识.由于它的精度 高、速度快、重复性好和无疲劳等特点,使得它可以很好地 提高产品质量和自动化程度,在一些不适合人工操作的或高 危险领域内,起着不可替代的作用. 二、白车身机器视觉检测系统的现状 白车身检测分为按频次抽检和全部检测;
按照检测手段, 可分为人工检测和其它直接检测工具, 或者是对白车身的关 键质量因素采用机器视觉检测系统检测,左右门洞、前后风 窗口为其主要检测部位。国外在80 年代就对轿车的白车身 采取机器视觉检测对其质量进行监控, 并且广泛应用。而在 我国地区,随着制造业的发展,制造技术的快速提高, 相关 应用软件自主开发以及相应的工艺制造水平的快速提高, 在 2000 年后采用机器视觉检测技术对白车身的关键质量因素 进行检测, 如华晨中华的轿车生产线、长春第一汽车制造厂 的大众捷达生产线以及解放卡车生产线等。三、白车身机器视觉检测系统的必要性 车身制造成型是在汽车生产制造中是关键的工序之一, 对车身的各项指标都有严格的要求,对车身进行检测是必不 可少的环节。在以前,传统的利用三坐标测量机来完成对车 身的检测, 由于其复杂的操作方法,工作进展速度慢, 工作 周期较长,因此只能靠抽检来完成。机器视觉检测方法就完 全能克服这些缺点。视觉检测完全就是一种新型的检测手段, 高精度、大量程、非接触、直观强、速度快。在当前,机器 视觉检测系统已经被广泛地应用于机器人研发、产品质检、 振动测量、工业探伤以及生理分析等众多的科学技术领域。

率先将视觉检测应用于车身检测的美国通用汽车公司,实现 了对车身的全部在线检测, 并且能够及时的回馈产品的误差 信息, 视觉检测系统不仅仅是提高了产品的合格率,而且也 能够为改进工艺, 减小误差提供了一个有效的控制手段,并 且也符合现代制造的相关质量工程要求。

图1 视觉检测系统 四、白车身机器视觉检测系统的组成 在通常情况下, 挡风玻璃窗的大小、安装车门处棱边位 置、相应的定位孔位置以及各分总成的位置关系等是车身制 造的关键尺寸。因此视觉传感器系统主要分布在这些特殊的 位置附近, 测量其相应的棱边、孔、表面的空间位置尺寸。

图2所示即为用于车身视觉检测系统的框架图。这套系统采用的是固定式测量系统。在车身定位后, 置于此框架区域内, 框架是由纵横分布的金属柱以及杆 构成的,也以可根据需 要实现在框架上灵活安装视觉传感器的要求。这套系统为多 个传感器相“融合”而构成的, 一共有33个视觉传感器, 3 个定位传感器, 30个实测传感器,在这当中包括了双目立体 视觉传感器、轮廓传感器等等众多类型的配套传感器。

图2 IVECO车身视觉检测系统框 车身视觉检测系统的工作过程为: 由汽车生产线上运送 车身到预定摆放位的粗略位置, 待测位置的准确定位是由专 用的控制系统来完成。传感器按相关要求的程序进行工作, 计算机根据传感器传输的数据采集检测点的图像并进行相 应的处理, 计算值与标准值进行对比, 得出这套车体的检测 结果。整个测量过程结束, 车身被运回生产线进行下一步生 产。

五、视觉检测系统的空间坐标系 (一)标准坐标系 在本套检测系统中, 由于视觉传感器测量的对像是特定 的线棱、特定平面或在特定区域上的点, 所以需要通过全局 来进行标定,来确定视觉传感器的准确空间位置,也就是建 立视觉传感器的三维空间坐标系。同时等待监测的车体自身 也有自己的一套定位坐标系,这里需要做的就是将这些不同 的坐标系统一成一个完整的标准坐标系。在本篇文章中阐述的是采用两台经纬仪建立的光学三坐标系统作为机器视觉 检测的标准坐标系。两台经纬仪组成一个空间点三维坐标移 动测量设备, 其工作原理如下图所示。

图3 经纬仪组成移动坐标测量设备 经纬仪是精密的测量角度的仪器, 它在自身的坐标体系 中测量空间点或平面的水平角和竖直角, 记两台经纬仪的坐 标系分别为。

空间被测点P在中的坐标为 在中的坐标为,经 纬仪测得P点的水平角和竖直角分别为, 由空间角度相互之 间的关系就可知:
设坐标系到坐标系之间的变换关系 分别为坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵。

这套经纬仪测量设备在使用之前,R、T就已严格标定出, 在进行测量的时侯, 由已知的R、T联立式(1)(2)(3)就可以 准确的测量出P点在坐标系中的三维坐标。双经纬仪建立标 准坐标系是切实可行的。

(二)坐标系的统一 为了得到被测点在车身定位坐标系车体自身的坐标系 中的准确坐标, 这就需要以标准坐标系为中介, 把由摄像机 传感器得到的被测点在坐标系中的坐标转换到被测点在车 体定位坐标系当中。因此这就需要把摄像机的坐标系、车身定位坐标系与标准坐标系统一起来,这种方法就被称为中介 坐标统一法。

为了完成以上所述的工作,需要通过局部标定以及全局 标定的来实现。局部标定就是利用透镜透视原理来进行的, 标定出从现实坐标系到摄像机的三维坐 标系的12个全部外 部参数。这个根据的是两条定理:第 一、不在同一直线的 三点能够确定出两坐标系的转换矩阵;
第二、一个坐标系中 的三个已知点在已标定好的内部参数的摄像机成像,就可以 求出摄像机的外部参数即旋转矩阵和平移矩阵。中介坐标系 的方案来确定全局标定, 如下图所表示的。通过采用靶标的 方式,就可以来求出定位传感器、双目立体视觉传感器和轮 廓传感器所对应的定位坐标系和传感器坐标系到相应的经 纬仪坐标系的转换矩阵, 从而就可以完成整个坐标系的统一。

在整个系统标定结束后, 整个车身视觉检测系统就已经 建立起来了, 可以用来检测被测车身, 并给出被测点在车身 自身坐标系中的相应的空间三坐标。

图4 中介坐标系法实现全局标定 六、结语 在汽车制造中,车身的制作精度是汽车生产质量的关键 环节。汽车白车身机器检测系统,由于其系统的科学性、操 作方便、省时、省力、省心, 精度高,在实际实践工作中, 能够完全车身检测的要求,完全满足实用的要求。参考文献: [1]刘淑艳.《激光在线检测技术在白车身制造中的应 用》.《汽车工艺与材料》.2010年第12期;

[2]刘常杰.邾继贵.杨学友.叶声华.《 汽车白车身在线 激光视觉检测站》.《仪器仪表学报》. 2004 年8月第4期增 刊;

[3]刘常杰.都继贵.叶声华. 《汽车白车身机器视觉检 测系统》.《汽车工程》.2000年第6期;

[4]陈延东.甘军.柴英.王江.包世龙.杨学友..《汽车白 车身机器视觉检测系统》.《轻型汽车技术》.2001年第12期。

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