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摘要：闡述基于機(jī)器視覺的機(jī)械自動(dòng)化檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)硬件方面設(shè)計(jì)了機(jī)械圖像采集裝置，利用相機(jī)和光源對(duì)機(jī)械圖像進(jìn)行采集。在系統(tǒng)軟件方面，采用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)機(jī)械圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取機(jī)械故障特征，再通過計(jì)算機(jī)械誤差與閾值比較，判定機(jī)械是否存在故障。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺，機(jī)械自動(dòng)化檢測系統(tǒng)，誤檢率，機(jī)械圖像采集裝置。

0引言

隨著機(jī)械制造行業(yè)的不斷發(fā)展，為了保證機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量，并且提高機(jī)械設(shè)備檢驗(yàn)工作效率，機(jī)械自動(dòng)化檢測系統(tǒng)具有智能化、信息化特征，并且具備效率快、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到機(jī)械制造領(lǐng)域中，加快機(jī)械制造業(yè)發(fā)展進(jìn)程[1-10]。雖然機(jī)械自動(dòng)化檢測系統(tǒng)的應(yīng)用為機(jī)械制造生產(chǎn)帶來了便利，但是現(xiàn)有的系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中經(jīng)常出現(xiàn)漏檢和錯(cuò)檢現(xiàn)象，誤檢率較高，導(dǎo)致機(jī)械質(zhì)檢工作質(zhì)量較低，機(jī)械自動(dòng)化檢測效果較差，傳統(tǒng)系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足機(jī)械自動(dòng)化檢測工作需求，為此提出基于機(jī)器視覺的機(jī)械自動(dòng)化檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了機(jī)械圖像采集裝置，搭配系統(tǒng)固定的服務(wù)器、顯示器等基礎(chǔ)硬件設(shè)備構(gòu)成了基于機(jī)器視覺的機(jī)械自動(dòng)化檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。此次采用BYKMOSD/5AD66D工業(yè)相機(jī)作為機(jī)械圖像采集任務(wù)的執(zhí)行器，該相機(jī)尺寸為15mm×25mm×13.5mm，有效像素可以達(dá)到130萬，采集的圖像清晰度較高[11]。為了保證BYKMOSD/5AD66D工業(yè)相機(jī)拍攝機(jī)械圖像的質(zhì)量，在機(jī)械圖像采集裝置中設(shè)計(jì)了光源，光源的作用是輔助BYKMOSD/5AD66D工業(yè)相機(jī)拍攝，突出范圍內(nèi)機(jī)械目標(biāo)特征，提高相機(jī)拍攝區(qū)域的光線亮度，此次采用的是高密度的LED燈作為相機(jī)拍攝光源。在機(jī)械檢測現(xiàn)場利用C接口將BYKMOSD/5AD66D工業(yè)相機(jī)與系統(tǒng)電源連接，并且將LED燈通電，將相機(jī)安裝在機(jī)械檢測平臺(tái)的左上方或者右上方，將LED燈固定在BYKMOSD/5AD66D工業(yè)相機(jī)鏡頭下方，選用75°環(huán)形高度直接照射光源，并且將BYKMOSD/5AD66D工業(yè)相機(jī)的信噪比參數(shù)設(shè)定為2.15dB，采用逐行掃描/連續(xù)輸出模式對(duì)機(jī)械表面進(jìn)行掃描[12]。將工業(yè)相機(jī)采集到的機(jī)械圖像數(shù)據(jù)以TXXT格式保存到系統(tǒng)計(jì)算機(jī)上，為系統(tǒng)計(jì)算分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，以此完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1基于機(jī)器視覺的機(jī)械故障特征提取

在系統(tǒng)對(duì)機(jī)械故障特征提取方面采用機(jī)器視覺技術(shù)，通過以太網(wǎng)接口將采集到的機(jī)械圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中，利用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其過程如下。由于采集到的機(jī)械圖像為灰度圖像，灰度圖像清晰度較低，因此首先需要將機(jī)械灰度圖像轉(zhuǎn)化為彩色圖像，再將彩色圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械圖像的分割處理。引入幾何間隔M概念，表示如式（1）所示。式中，m為機(jī)械圖像數(shù)據(jù)的幾何間隔；p為機(jī)械圖像數(shù)據(jù)函數(shù)間隔；w為機(jī)械圖像數(shù)據(jù)間隔最大的最優(yōu)超平面；q為機(jī)械圖像數(shù)據(jù)到超平面的距離；v為機(jī)械圖像數(shù)據(jù)間隔最大的最優(yōu)超平面橫向方向量構(gòu)成的矩形。將不為零的機(jī)械圖像數(shù)據(jù)提取出來，構(gòu)成數(shù)據(jù)集合，提取到機(jī)械故障特征。

2.2機(jī)械自動(dòng)化檢測分析

在上文基礎(chǔ)上，對(duì)提取到的機(jī)械故障特征進(jìn)行分析自動(dòng)化分析。生產(chǎn)后的機(jī)械設(shè)備與原機(jī)械圖紙會(huì)存在一定的誤差，如果該誤差超過一定范圍，則會(huì)判定該機(jī)械設(shè)備質(zhì)量不合格，存在機(jī)械故障，因此以機(jī)械設(shè)備最大允許誤差作為機(jī)械自動(dòng)化檢測閾值B，將計(jì)算到的機(jī)械誤差與該閾值進(jìn)行對(duì)比，如果超出該閾值則系統(tǒng)自動(dòng)判定該機(jī)械存在故障，輸出檢測結(jié)果。機(jī)械誤差的計(jì)算主要是根據(jù)上文提取到的機(jī)械故障特征，其計(jì)算如式（2）。（2）式中，x表示機(jī)械設(shè)備圖像誤差；n表示數(shù)據(jù)集合F中故障圖像數(shù)量；vn表示當(dāng)前機(jī)械v部分的數(shù)值；v表示要求數(shù)值。利用上述公式計(jì)算出機(jī)械誤差，將計(jì)算結(jié)果與B做比較，輸出比較結(jié)果，將最終的檢測分析結(jié)果上傳到系統(tǒng)顯示界面，以此完成基于機(jī)器視覺的機(jī)械自動(dòng)化檢測，進(jìn)而完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3實(shí)驗(yàn)論證分析

實(shí)驗(yàn)以某機(jī)械設(shè)備為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該機(jī)械設(shè)備數(shù)量共125臺(tái)，機(jī)械整體重量為150kg，利用此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)該機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)化檢測。實(shí)驗(yàn)以Windows2014作為操作系統(tǒng)，硬盤為UIH14GB，內(nèi)存大小為8GB。實(shí)驗(yàn)將該機(jī)械設(shè)備分成4個(gè)部分，布設(shè)24個(gè)檢測點(diǎn)，對(duì)相機(jī)與光源進(jìn)行安裝，相機(jī)與檢測臺(tái)間距為75cm，相機(jī)與光源的間距為15cm，將BYKMOSD/5AD66D工業(yè)相機(jī)的拍攝頻率設(shè)定為2.56Hz，拍攝范圍設(shè)定為100cm，鏡頭角度調(diào)整為45°～-65°，實(shí)驗(yàn)共采集到機(jī)械圖像數(shù)據(jù)4.2GB。利用式（2）對(duì)機(jī)械4個(gè)部位的誤差進(jìn)行計(jì)算，如表1所示。實(shí)驗(yàn)分別記錄檢測量為25臺(tái)、50臺(tái)、75臺(tái)、100臺(tái)、125臺(tái)時(shí)系統(tǒng)檢測情況，利用BUS軟件分析系統(tǒng)是否存在誤檢情況，如果存在計(jì)算系統(tǒng)誤檢率，將其作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)兩種系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，如表2所示。從表2中數(shù)據(jù)可以看出，基于機(jī)器視覺的機(jī)械自動(dòng)化檢測系統(tǒng)具有良好的可行性和可靠性。

4結(jié)語

分析表明，此次結(jié)合機(jī)械質(zhì)檢工作需求，以及傳統(tǒng)系統(tǒng)在運(yùn)行上存在的弊端，采用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)機(jī)械圖像進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)了一套新的機(jī)械自動(dòng)化檢測系統(tǒng)，并在設(shè)定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成了兩種系統(tǒng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了基于機(jī)器視覺的機(jī)械自動(dòng)化檢測系統(tǒng)具有較高的精度，此次研究對(duì)降低系統(tǒng)誤檢率，提高機(jī)械自動(dòng)化檢測工作質(zhì)量水平具有一定的現(xiàn)實(shí)研究意義。

作者：李曉東 單位：長春工業(yè)大學(xué)