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立体视觉系统用于测量连接器pin高和位置

2018-06-12 08:58:05 来源:John Lewis 深圳市连接器行业协会

【大比特导读】Eberhard(德国Schlierbach;www.eberhard-ag.com)的工程师们,做为高速连接器生产设备生产商,开发了一种机器视觉系统,用于同时测量连接器的pin高和位置。

Eberhard(德国Schlierbach;www.eberhard-ag.com)的工程师们,做为高速连接器生产设备生产商,开发了一种机器视觉系统,用于同时测量连接器的pin高和位置。

Eberhard的开发主管,Ing. Bjoern Haller博士说,与现有的接触测试方法相比,新的光学检测系统提高了精度,降低了成本。传统的接触测试方式通常需要两个不同的测试点以及复杂的、特定产品的适配器。

 

 

图1:从立体图像中计算出的三维数据能提供所有物体的x,y和z三维坐标

需要测量的pin脚位置(实际位置和pin高)的相对基准点是连接器的塑胶体。另外,新的系统能测量最小的pin的尺寸应低于目前的市场标准0.4x0.5mm。Haller指出,根据连接器的种类不同,生产线速度要求每个连接器在4到10秒的时间范围内进行检查。

Haller说:“基于市场的公差范围从0.3到0.6毫米,再加上pin针及针尖精细的形状,要求系统测量的最小分辨率为15-20μm。由于pin脚通常位于连接器壳体内,因此应避免由于照明或图像采集的角度而造成不必要的阴影,这些阴影会引起障碍。”

简单的MV程序与控制

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由于应用需要,Eberhard工程师根据以下标准对各种3D相机进行了比较:

• 至少100 mm/s高速采集及快速计算结果

• 最小三角测量角度,能避免连接器壳体阻挡pin脚

•测量pin位的稳定性

•15-20μm的最小分辨率

考虑了这些选项后,工程师们确定了Chromasens公司(www.chromasens.de)的3 DPIXA袖珍型15μm,3D扫描相机。原因如下:

首先,根据HALLER设计,扫描和计算速度达到或超过了所需的循环时间。

其次,线扫描技术提供了高精度测量所需的分辨率,最优的同轴照明使连接器壳体内很深的位置也具备充足的光线。

最后,摄像机和光垂直于物体,使遮挡最小化。

与一个传统的立体视觉系统的水平二维扫描相机相比,3DPIXA采用了一种利用7500×3(RGB)线扫描成像仪对三维表面进行成像的新方法,将立体和线扫描相机技术结合起来,实现了二维颜色和三维测量的结合。为了捕捉3D数据,相机系统使用了两个镜头,用于将光线聚焦到线扫描成像仪的左右两侧。

 

 

图2:软件模型能实时自动测量40多个不同参数,从尺寸、计数、颜色、灰度和形态特征如圆度、延伸率和光纤曲度等。

3D信息是通过第一幅图与第二幅图中的同一组点相匹配来计算的-这称为一致性问题。通过比较这两幅图像,相关的深度信息通过视差图计算出来,其中距离立体相机系统较近的物体的视差将比更远的物体大(图1)。

由于需要高分辨率,相机的聚焦深度只有2.6毫米。因为从pin端面到塑胶外壳参考面的距离有5-20毫米,针尖和塑料外壳基准不能同时聚焦在一个单一图像中。因此,系统获取两个相互关联的图像。针尖面上的一幅图像和基准平面上的另一幅图像,通过调整摄像机与连接器之间的距离,使每个平面都能聚焦。

 

 

图3:为了快速计算3D数据,Chromasens的软件运行上如图,并集成在MVTec Halcon中,用于进一步分析连接器图像。

Eberhard连接器装配线通常使用工装夹具。连接器的塑料外壳放在载具中,通过载具运输。在检查过程中,每个连接器的塑料外壳位于载具中,以确保连接器在照相过程的正确位置和角度。第一图像聚焦在参考平面上。Jenny Science AG公司(www.jennyScience.de)提供照相移动用的直线伺服电机。

Haller强调,通过来自HEIDENHAIN(www.hedenhain.de)的外部光学玻璃刻度同步来持续获取扫描图像,从而保证高精度的触发信号。根据连接器和可实现的照明,记录速度可达到280毫米/秒。

原始的图像数据通过相机连接端口从相机传输到电脑里的Silicon Software(https://silicon.software)的图像采集器。Eberhard的pin检测软件使用MVTec的Halcon库,可运行Chromasens 3D软件和其他图像处理工具。

获得第一幅图像后,直线伺服电机将摄像机归位起始位置,并调整摄像机高度使针尖聚焦。然后,获取第二图像,摄像机再归位到起始位置。工装夹具将运行到下一个位置。

Haller解释说:“2D图像显示出不同的颜色等级,通过单独处理颜色通道并使用所得位置的平均值来获得较稳定的结果。对于每种连接器类型,图像处理功能相应地被参数化,以识别图像中引脚的位置和参考形状(具有亚像素精度)。用Halcon语言编写算法来对所需形状进行搜索。这种处理过的2D图像输出的是引脚和参考点的位置,也就是立体图像的左右部分。”

 

 

图4:屏幕截图显示最终用户(操作者)的界面。

根据在两幅立体图像(A和B)中的针尖位置和参考位置,可以使用摄像机定义的坐标系计算x、y和z。这是为pin针以及在特定图像中的参考位置所做的。

为了确保精确计算引脚的真实位置,两幅图像必须相互参照准确地定位。也就是说,在引脚的平面上获取的图像的第1行必须与从参考平面锐化的图像的第1行完全匹配。为了达到这个目的,使用了前面提到的Heidenhain光学玻璃刻度才能达到目标。在操作过程中,玻璃刻度的参考标记触发图像采集,同时提供高精度的定位。

为了计算pin高,相机高度调整的精确距离由一个高精度的Keyence数字接触式传感器来测量。通过这种精确测量相机高度,计算出两幅图像在z方向的高度差,这个高度差可达到微米级的精度。

每个连接器的计算结果被写入一个数据库,并通过一个新开发的人机界面可视化。用户可以在活动屏幕上观察正在运行的产品,以及用点云、直方图或控制图来评估历史数据。

 

 

主编:John Lewis

John拥有技术、行业和新闻从业资格,在康耐视公司有超过13年的前端咨询研发经验。在去康耐视之前在数十期商业期刊上发表过机器视觉的文章。自1996年以来,刘易斯是世界领先的工程杂志“设计新闻”的技术编辑,该杂志涵盖自动化、机器视觉和其他工程主题等。

本文由大比特资讯收集整理(www.big-bit.com)

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