基于機器視覺技術(shù)，設(shè)計出一套高效、可靠的彈簧自動檢測系統(tǒng)，使之能夠代替操作人員繁瑣的勞動。該系統(tǒng)在實現(xiàn)準確識別缺陷與精確測量尺寸的同時，還應(yīng)滿足實時性、可靠性、便于維護等要求。
 

系統(tǒng)的硬件部分主要基于線掃描影像系統(tǒng)。運動機構(gòu)配合線陣相機采集彈簧展開圖像后，經(jīng)NI PCI-1428圖像采集卡送入計算機進行處理。軟件部分則以LabVIEW為開發(fā)平臺，結(jié)合IMAQ、SQL Toolkit等開發(fā)包在短時間內(nèi)開發(fā)彈簧自動檢測系統(tǒng)，檢測彈簧表面缺陷及尺寸（包括彈簧自由長度、線徑、節(jié)距及有效圈數(shù)）。

彈簧表面質(zhì)量檢測是彈簧加工的重要環(huán)節(jié)。檢測時，人們通過各種試驗方法對彈簧的性能進行測定，從而把彈簧的質(zhì)量定量數(shù)值化，為企業(yè)的質(zhì)量管理與追蹤提供正確的評定依據(jù)。彈簧的成品檢驗主要包括對彈簧的外觀檢測、尺寸檢測、負荷檢測等內(nèi)容，這里我們主要完成對彈簧的外觀檢測和尺寸檢測（包括彈簧長度、線徑、線徑間距和有效圈數(shù)）。

國內(nèi)現(xiàn)有的彈簧檢測方法一般是人工用游標卡尺等工具目測，這種方法不僅效率低，而且誤差大。有些公司也從國外進口先進設(shè)備進行彈簧自動檢測，這一方面大大增加了生產(chǎn)成本，另一方面設(shè)備的維護也很困難。針對以上不足，自主開發(fā)基于機器視覺的彈簧自動檢測系統(tǒng)具有十分重要的意義。該系統(tǒng)主要基于NI公司的LabVIEW圖形編程環(huán)境進行開發(fā)，界面簡潔友好，方便檢測人員操作。對于同一規(guī)格的彈簧，系統(tǒng)在得到彈簧的所有數(shù)據(jù)后與對應(yīng)標準值進行比對，對彈簧進行分類。實驗結(jié)果表明，相比傳統(tǒng)的人工檢測方法，該方法檢測速度快，精度更高，可靠性更強。

1.1檢測系統(tǒng)的組成部分

彈簧自動檢測系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示，彈簧水平置于白色旋轉(zhuǎn)軸上，由步進馬達驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動。PLC除了負責發(fā)出脈沖驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)外，也將此脈沖作為外部觸發(fā)信號接入圖像采集卡，以保證采集到等比例的圖像。相機采用德國Basler公司的線陣相機系列Basler L101k-2k，配合NI公司的PCI-1428圖像采集卡一起完成圖像的采集工作。采集的彈簧展開圖如圖1所示。相機采集完一幀彈簧的展開圖后，經(jīng)圖像采集卡送入計算機進行處理。計算機主要完成硬件的配置及初始化、圖像處理、數(shù)據(jù)分析與保存等功能。經(jīng)圖像處理得到彈簧表面缺陷和尺寸的關(guān)鍵參數(shù)后，計算機將其與對應(yīng)規(guī)格的彈簧標準庫信息進行比對，以標識不合格彈簧。

圖 1 彈簧自動檢測系統(tǒng)示意圖

1.2線陣相機與采集卡的配合

線陣相機的取像原理與面陣不同，它每次只采集一行圖像，只有在鏡頭與被拍攝物體之間存在相對運動時才能采完一幀完整的二維影像。圖2中，縱向為線陣傳感器的方向，其分辨率由線陣CCD決定；橫向表示相機的掃描方向，其分辨率由步進電機的最小步距決定。電機運動速度過大，圖像會被壓縮，如圖2（b）所示；速度太小，圖像則會被拉伸，如圖2（c）。

圖 2 運動速度不同時的對應(yīng)成像效果

為了得到等比例的圖像，設(shè)置相機工作于外部邊沿觸發(fā)模式，如圖3。在這種模式下，相機的線掃率完全由外部信號的頻率決定，兩者關(guān)系公式：線掃率＝1／外部信號頻率。NI公司的PCI-1428圖像采集卡提供了四對外部觸發(fā)端口（分別從Trig_(0)到Trig_(3)，輸入信號類型為TTL電平），支持線陣相機的外同步取像模式。將PLC發(fā)出的脈沖接入PCI-1428采集卡的任一外部觸發(fā)端口，這樣就實現(xiàn)了馬達轉(zhuǎn)速與線掃率之間的對應(yīng)。MAX（Measurement & AutomaTIon Explorer）是NI公司開發(fā)出來方便用戶對各種硬件進行設(shè)置和測試的軟件。在MAX中，可以根據(jù)需要配置采集卡的基本參數(shù)，如取像模式，圖像大小，觸發(fā)信號的類型等。

圖 3 外部邊沿觸發(fā)模式（ExSync，Edged-controlled Mode）