基于机器视觉的汽车变速箱安装检测系统设计
摘要
吃穿住行伴随着人们的一生，而如今随着汽车行业的飞速发展，汽车成为了人们出行的首选，所以在汽车质量与安全问题也随着汽车行业与人民生活水平的提高而引起了极大的关注。2010年9月始，全球最大的汽车巨头日本丰田汽车公司接连曝出许多安全缺陷问题，先后宣布在全球范围内分别召回卡罗拉、汉兰达、雷克萨斯、RAV4等车型合计850万辆，而召回事件带来的成本和销售损失总计达20亿美元，这一事件的发生不仅仅引起丰田的高度重视，也引起了汽车行业与消费者们对汽车安全问题的高度警惕，所以汽车行业在制造部件或部件组装时都力求用机器代替人工，尤其是精度要求高的产品，毕竟人通过眼睛来检测产品是否合格不仅长时间会疲劳，而且在效率和质量上也无法 与机器视觉相比。
由于机器视觉可以快速获取大量信息，而且易于自动处理、基本可代替人体视觉，所以人们逐渐将机器视觉系统广泛地运用于天文、汽车、医药、交通航海以及军事、电子半导体行业等领域。
而在汽车行业中大体由安全气囊测量；汽车碰撞研究；托运器、轮胎、限制器、内部零部件安装与瑕疵检测等。
在我国上海通用汽车生产线上，机器视觉的运用已经很普遍了，大大小小的汽车部件质量检测都是机器视觉来完成的，当然，在汽车生产过程中所有的零部件不可能在一个车间或厂里完成，在每个汽车零部件上都会有一个二维码，通常把它叫做追溯二维码，它就相当于汽车零部件的身份证，当汽车在质量上出现问题时，可以很快速的利用它查找到问题汽车每个部件的信息，因此追溯二维码在生产过程中就必须要求它可以有效的被读取，而人眼是无法来完成读取二维码的，通过机器视觉就可以快速准确的完成这项工作，利用机器视觉系统在生产过程中不制造有缺陷的产品。
关键字 ：质量检测，汽车部件，机器视觉
Design of Automobile Gearbox Installation and Detection System Based on Machine Vision
ABSTRACT
With the rapid development of the automobile industry, cars have become the first choice for people to travel.Therefore, the problem of automobile quality and safety has aroused great concern with the improvement of automobile industry and people's living standard.Since September 2010, the world's largest auto giant, Toyota Motor Company of Japan, has revealed a number of safety flaws.Worldwide recalls of Carola, Hananda and Lexus Rav4 have been announced for a total of 8.5 million vehicles,The total cost and sales losses caused by the recall amounted to $2 billion. This incident not only aroused the attention of Toyota, but also caused the auto industry and consumers to be highly alert to the safety problems of the automobile.Therefore, in the automobile industry, when manufacturing parts or components are assembled, they try to replace human labor with machines, especially those products with high precision requirements. After all, it is not only fatigue for a long time for people to test the quality of products through the eyes.And it can't compare with machine vision in efficiency and quality.
Because machine vision can get a lot of information quickly, and it is easy to process automatically, it can replace human vision, so people are gradually applying machine vision system to astronomy, automobile, medicine, traffic and navigation, and military affairs.Electronic semiconductor industry and other fields
In the automobile industry, the airbag is generally measured, the car collision study, the shipper, the tires, the limiter, the internal parts installation and flaw detection, etc.
In China's Shanghai General Motors production line, the application of machine vision has been very common, large and small automotive parts quality testing is done by machine vision.Of course, in the process of automobile production, all parts can not be completed in a workshop or factory, there will be a QR code on each automobile component, which is usually called the tracing QR code.It's the identity card of the car parts, and when the car has a quality problem, it can be used very quickly to find information about each part of the vehicle in question.So tracing back to the QR code in the production process must require it to be effectively read, but the human eye is unable to complete the QR code reading, through machine vision can quickly and accurately complete this work.Use machine vision systems to make no defective products during production.
Keywords: quality testing, automotive parts, traceability QR code, machine vision
目 录
一 引言.
1.1目的及意义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2研究概况及发展趋势. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .3
1.3本系统主要研究内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
二 检测系统的总体设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
2.1硬件系统设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2硬件系统的实现. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3软件系统的基本框架. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4 图像采集与PC显示模块. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
2.4.1 图像采集模块. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.4.2 PC显示模块. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.5 通讯模块. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.6 辅助功能模块. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
三 机器视觉硬件介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
3.1光源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2光源的种类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
3.3同轴光源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
3.4相机. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
3.5镜头. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
四 变速箱检测系统核心算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.1图像预处理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20
4.2测量算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
五 系统检测. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.1实时检测. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.2检测结果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
六 附录. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
七 结束语. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
一 引言
1.1目的及意义
产品的质量检测在一些精密制造业、半导体电子行业，包装印刷和汽车等行业应用方面广泛且需求迫切，但在2010年之前我国对其产品的质检大多的检测手段一直在离线检测——如体视显微镜、工具显微镜、投影测量仪等传统设备或依靠人工肉眼来检测等方法徘徊。但今年来随着我国工业的发展，产品的高档和微型化，再加上国际的交易越来越频繁，对产品的质量要求越来越高，产品精度要求越来越小，质检从原来的抽检开始到如今的全检，传统的检测方式已经满足不了目前工业的检测要求，所以通过机器视觉代替传统的检测方式，满足目前工业的生产效率、对其产品的精度、速度、合格率等需求已迫在眉睫。
机器视觉在不同的行业中的共同点来说，它不仅能减少人力成本的支出，还能提高生产效率，推动其行业的发展。
机器视觉在汽车制造业中的作用也不列外，因为汽车制造业相比较其他行业来说，对于机器视觉的应用历史提前了很多年。目前消费者对其汽车的消费观念深深的影响着汽车行业，所以长久以来汽车制造业已高创新工艺闻名，而且对于我国来说除了军事上，汽车行业在高度自动化应用方面与其它的行业相比一直走在前沿。
众所周知，一家制造企业要所成功，离不开产品的创新、制造效率、产品质量、安全等硬性条件，而效率与安全、质量之间是不能牺牲其中一方来满足另一方的。机器视觉在其中起到了关键的作用，可以说这是机器视觉能成功的进入这一行业的关键所在。
从全球综合起来看，康耐视，松下电工，欧姆龙，佳能等都是在机器视觉领域处于前列的公司；下文主要介绍康耐视的一款机器视觉软件处理图像技术——In-sight，In-sight简单的人机页面，丰富的图像处理工具，在对产品检测方面对于操作者来说简单易操作，在上海通用汽车公司里大多都会用到康耐视这款软件和相机产品来检测产品或与机器人对接实现机器人视觉功能。
1.2研究概况及发展趋势
在我国机器视觉起步相比于国外起步较晚，并且行业的集中度也不是很高，虽然现在有一部分经销商已经推出自主研发的机器视觉品牌，但大多数我国还是在代理国外的品牌，是被出口国，大多数的利润都被外国人所占据，这是个不争的事实，国内机器视觉的相对成熟的自动化产品质量以及技术含量偏低，市场也远远没有饱和，现在，国内的机器视觉市场主要有三大类，一是国企，二是新兴自主研发的民营企业我国目前也在大力扶持这类，三就是国外老牌的机器视觉企业了，然而，由于在技术和价格方面的差距，我国自主研发的机器视觉要赶超国外老牌机器视觉企业还需要一段时间的追赶，但国内机器视觉在实际的运用中不断的改进与吸收国外机器视觉的优点也逐渐积累了长足的优势，我国提出的“中国制造2025”这概念越来越深入人心，目前国内机器视觉市场之间的竞争激烈程度不断加剧，大型机器视觉企业间的并购和资本运作越来越频繁，国内机器视觉也越来越注重对行业市场和视觉技术的研究，力争早日打破国内机器视觉的技术壁垒。
目前国内机器视觉企业主要位于珠三角、长三角、东部沿海、北京等地区，并且大多数都是以民营企业为主，公司的规模大多为中小型企业，在规模上还难以与国外的主流公司产品竞争，只有提升自己的创新水平，才能形成核心竞争力，占有更多的市场份额，才能与国外机器视觉公司逐鹿。
1.3本系统主要研究内容
本系统的主要研究内容是根据汽车生产厂的实际检测要求，设计的一套工业生产线上，汽车变速箱内部零件防错检测，该系统能够自动识别有缺陷的零件，并将它们排除，提高汽车的安全性、合格性。它能很好的替代人工生产，降低人工成本，提高工作效率。
本系统主要由硬件和软件系统两部分构成，系统的硬件部分主要内容是硬件设备的选型，有相机选型、光源选型、镜头选型、PC选型，软件系统主要完成软件算法的研究与设计，然后根据实列完成变速箱内部零件检测。
参考文献
[1]余文勇，石绘.机器视觉自动检测技术.化学工业出版社.2006.
[2]孙碧亮.基于机器视觉的检测算法研究及其在工业领域的应用.华中科技大学硕士学位论文.2006.
[3]韩九强.机器视觉技术应用.高等教育出版社.2009.
[4]尚会超.印刷图像在线检测的算法研究与系统实现.华中科技大学博士学论文.2006.
[5]杨水山等.带钢视觉检测系统的研究现状及展望.冶金自动化，2008.
