門窗鉸鏈?zhǔn)乾F(xiàn)代建筑的重要五件構(gòu)件，是影響門窗質(zhì)量和安全性的關(guān)鍵部件。高檔的鉸鏈產(chǎn)品采用不銹鋼制造。圖1是產(chǎn)品總成及組成的零件。

由于主要采用沖壓生產(chǎn)工藝，而且是工藝性較差的不銹鋼材料，因此其加T精度較低，裝配成總成后往往出現(xiàn)質(zhì)量分散的問(wèn)題。在目前傳統(tǒng)的鉸鏈生產(chǎn)流程中，對(duì)鉸鏈部件采用首檢和抽檢制度。依靠人工通過(guò)量規(guī)、塞尺、卡尺等工具進(jìn)行檢測(cè)。該方法雖然比較簡(jiǎn)單，但檢測(cè)精度差，效率低，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)沖壓等工藝質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致產(chǎn)品不良品率較高，嚴(yán)重影響企業(yè)效益。加工過(guò)程檢測(cè)成為制約產(chǎn)能和質(zhì)量的瓶頸。為此，作者研究和開發(fā)了新型的智能檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鉸鏈主要零件的快速精密檢測(cè)，保證零件的制造精度，為產(chǎn)品總成質(zhì)量保障奠定基礎(chǔ)。

1系統(tǒng)工作原理

1.1檢測(cè)要求

每個(gè)鉸鏈產(chǎn)品總成由9個(gè)零件組成。圖2所示是需要檢測(cè)的主要零件類型。檢測(cè)項(xiàng)有：(1)工件的總長(zhǎng)；(2)工件孔的相對(duì)位置；(3)工件孔徑的大?。?4)工件孔相對(duì)于工件寬度方向的對(duì)稱度；(5)工件表面的平整度；(6)工件兩平面間臺(tái)階高度。

由此可知，檢測(cè)項(xiàng)目主要是二維可視輪廓和形位尺寸，因而可以應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)和激光檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)非接觸式檢測(cè)。

1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鉸鏈產(chǎn)品型號(hào)多達(dá)1000多種，按照傳統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)裝夾方式，需要數(shù)量巨大的夾具。其次檢測(cè)的零件長(zhǎng)度從100mm~1000mm，采用機(jī)器視覺(jué)的相機(jī)分辨率顯然無(wú)法滿足檢測(cè)精度要求。因此，系統(tǒng)綜合應(yīng)用了機(jī)器視覺(jué)、激光檢測(cè)、伺服控制等技術(shù)，以適應(yīng)各種規(guī)格零件的檢測(cè)。系統(tǒng)組成如圖3。

料臺(tái)裝在一條直線導(dǎo)軌上，然后通過(guò)伺服電機(jī)連接滾珠絲桿帶動(dòng)，使其前后來(lái)回移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)進(jìn)給。工件放置到圖示的料臺(tái)上，靠定位邊定位，以準(zhǔn)備后續(xù)的檢測(cè)。

1.3系統(tǒng)工作流程

工件隨著料臺(tái)的進(jìn)給到檢測(cè)區(qū)域。檢測(cè)區(qū)域內(nèi)包含了兩個(gè)攝像頭和一個(gè)激光位移傳感器，分別對(duì)工件的外形尺寸和工件的平面度進(jìn)行檢測(cè)。由于有些工件有3～4mm的臺(tái)階，因此分兩個(gè)攝像頭進(jìn)行外形的檢測(cè)。攝像頭A用于檢測(cè)T件A端的外形尺寸。攝像頭B則檢測(cè)T件B端，它裝在一個(gè)電動(dòng)精密滑臺(tái)1上，使攝像頭B可以根據(jù)工件的臺(tái)階位的高度進(jìn)行上下微調(diào)整，滿足其對(duì)焦距的要求。激光位移傳感器裝在兩個(gè)電動(dòng)滑臺(tái)1、2上，使其可以垂直上下、水平前后移動(dòng)，滿足各種厚度和寬度的工件的檢測(cè)。另外，在檢測(cè)過(guò)程中使激光位移傳感器水平前后往復(fù)移動(dòng)，這樣可以使檢測(cè)工件的平面度所得出的數(shù)據(jù)更客觀準(zhǔn)確。工件通過(guò)檢查區(qū)域時(shí)，同時(shí)完成外形和平面度的檢查。

2系統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)

2.1工件總長(zhǎng)的測(cè)量

工件的長(zhǎng)度范圍比較大，有100mm～1000mm，在相機(jī)的一個(gè)視場(chǎng)中不能檢測(cè)出工件的總長(zhǎng)，因此需要結(jié)合伺服和機(jī)器視覺(jué)，精確計(jì)算工件的長(zhǎng)度，如圖4。

圖4中4點(diǎn)為工件的第一點(diǎn)在相機(jī)標(biāo)定后的視場(chǎng)中的坐標(biāo)，B點(diǎn)為最后一點(diǎn)在視場(chǎng)中的坐標(biāo)，L為A、B點(diǎn)在圖紙中的距離，即工件長(zhǎng)度。標(biāo)定后的伺服系統(tǒng)進(jìn)給相對(duì)應(yīng)L的脈沖數(shù)，使工件的首點(diǎn)和末點(diǎn)依次處于視場(chǎng)中。如果工件的實(shí)際長(zhǎng)度和/-致，4點(diǎn)和B點(diǎn)的坐標(biāo)是完全符合的，即X1=X2，Y1=Y2，此時(shí)工件實(shí)際長(zhǎng)度等于L；當(dāng)工件實(shí)際尺寸與L不符時(shí)，A點(diǎn)和B點(diǎn)間存在一個(gè)偏差a=B-A，此時(shí)工件實(shí)際長(zhǎng)度為L(zhǎng)-a。

2.2工件孔的相對(duì)位置和孔徑大小

測(cè)量?jī)蓚€(gè)孔之間的距離，主要的檢測(cè)方法與檢測(cè)長(zhǎng)度類似，伺服系統(tǒng)進(jìn)給相對(duì)應(yīng)兩個(gè)孔圖紙間距L的脈沖數(shù)，測(cè)出兩個(gè)孔在分別定位在相機(jī)視場(chǎng)中的圓心坐標(biāo)的偏差a，即可計(jì)算出兩個(gè)孔之間的距離L-a。

因?yàn)楣ぜ械目资菦_壓出來(lái)的，不可避免會(huì)存在一些毛刺，在計(jì)算孔徑大小和網(wǎng)心坐標(biāo)時(shí)，如果使用擬合網(wǎng)的方法會(huì)存在誤差，如圖5（經(jīng)過(guò)二值化的網(wǎng)孔的圖片）。

為了提高檢測(cè)精度，從圖像中心出發(fā)，分縱方向、橫方向、對(duì)角線等4個(gè)方向?qū)D像進(jìn)行遍歷，尋找255（白色）和0（黑色）的跳變點(diǎn)，并記錄坐標(biāo)，以每個(gè)方向的最大值作為孔徑，綜合4個(gè)孔徑選出最優(yōu)值，以減少毛刺對(duì)孔徑和網(wǎng)心坐標(biāo)的影響。

2.3工件孔相對(duì)于工件寬度方向的對(duì)稱度

由于采用正面光源，更清晰地呈現(xiàn)了工件的一些細(xì)節(jié)，但是同時(shí)也會(huì)引入更多的干擾信息，在對(duì)T件的兩邊緣定位之前，先對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，主要有中值濾波，對(duì)數(shù)變換和二值化等處理，得到準(zhǔn)確清晰的邊緣信息，如圖6所示。

根據(jù)上文所得到的網(wǎng)心坐標(biāo)，從圓心開始向左右兩個(gè)方向分別遍歷，對(duì)比像素值，記錄下255（白色）--0（黑色）--255（白色）的跳變點(diǎn)，得到該邊緣直線上的所有點(diǎn)的坐標(biāo)和網(wǎng)心做運(yùn)算，作為網(wǎng)心到邊緣的距離，排除因毛刺引起的一些異常值，可以保證測(cè)量的精確度。

2.4亞像素算法

在有限的攝像機(jī)分辨率的條件下，為了更進(jìn)一步提高檢測(cè)精度，本系統(tǒng)提取圖像輪廓時(shí)應(yīng)用了雙線性插值的亞像素算法l61，其基本原理如圖7。

假設(shè)函數(shù)圖像灰度函數(shù)f，已知四個(gè)點(diǎn)（像素點(diǎn)）的值Q11=（x1，y1）、Q21=（x2，y1），Q12=（x1，y2）以及Q22=（x2，y2），要求得到未知點(diǎn)P(x，y)的值f(P)，其方法如下：

首先在x方向進(jìn)行線性插值，得到點(diǎn)R（x，Y1)和R2（x，Y2)，然后在y方向進(jìn)行線性插值，得到點(diǎn)P(x，y)。

根據(jù)像素與像素之間的灰度值的關(guān)系，插入5個(gè)像素，相當(dāng)于將像素分辨率提高了5倍；通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明，亞像素算法有效的提高了本系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度，檢測(cè)不確定度小于+0.005mm。

3系統(tǒng)檢測(cè)參數(shù)的設(shè)置

如上所述，需檢測(cè)的產(chǎn)品型號(hào)多達(dá)1000多種，而要確定具體零件的檢測(cè)參數(shù)閾值，依靠人工設(shè)定是一項(xiàng)及其繁雜的工程。本系統(tǒng)通過(guò)以下方案來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便操作。

3.1工件分類

按照需要檢測(cè)的參數(shù)對(duì)工件進(jìn)行大類分類。例如需要檢測(cè)的孔的數(shù)量、孔的直徑、孔間距離、沉孔深度等等。以此為依據(jù)對(duì)工件進(jìn)行分類，并制定產(chǎn)品分類編碼，給每類工件設(shè)置編碼條碼。系統(tǒng)通過(guò)掃描待檢測(cè)的工件的條碼，確定需要檢測(cè)的工件的類別，從而確定需要檢測(cè)的參數(shù)種類。

3.2參數(shù)閾值提取及結(jié)果判斷

系統(tǒng)通過(guò)掃描產(chǎn)品條碼，從具體產(chǎn)品圖紙?zhí)崛∠鄳?yīng)的檢測(cè)參數(shù)。這樣系統(tǒng)就可以識(shí)別工件需檢測(cè)參數(shù)，如孔的位置、平面度檢測(cè)位置、是否有臺(tái)階和臺(tái)階高度是多少等等。系統(tǒng)通過(guò)傳動(dòng)伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工件檢測(cè)精密定位，確保視覺(jué)系統(tǒng)照相機(jī)拍照的位置與產(chǎn)品參數(shù)精確對(duì)應(yīng)。在檢測(cè)位置進(jìn)行視覺(jué)和激光檢測(cè)，并與實(shí)際檢測(cè)參數(shù)對(duì)比，確定檢測(cè)結(jié)果并輸出報(bào)表等。

4結(jié)論

生產(chǎn)應(yīng)用表明，檢測(cè)系統(tǒng)在有限的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)分辨率情況下，保證了大范圍尺寸工件的精密檢測(cè)，檢驗(yàn)不確定度小于+0.005mm，符合零件圖紙尺寸檢測(cè)精度要求。檢驗(yàn)效率達(dá)到12片／分鐘，自動(dòng)生成檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)報(bào)表。在檢驗(yàn)夾具上實(shí)現(xiàn)互通、互換，能適應(yīng)不同規(guī)格的檢驗(yàn)零件。系統(tǒng)還能依據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)生成CAD文件。另外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了物聯(lián)網(wǎng)接口，方便接人智能制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信息化運(yùn)行。

系統(tǒng)可以廣泛用于鉸鏈、滑軌等產(chǎn)品的精密檢驗(yàn)。