挑戰:

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

?

解決方案:

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

引言

彈簧表面質量檢測是彈簧加工的重要環節。檢測時，人們通過各種試驗方法對彈簧的性能進行測定，從而把彈簧的質量定量數值化，為企業的質量管理與追蹤提供正確的評定依據。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）。

國內現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備進行彈簧自動檢測，這一方面大大增加了生產成本，另一方面設備的維護也很困難。針對以上不足，自主開發基于機器視覺的彈簧自動檢測系統具有十分重要的意義。該系統主要基于NI公司的LabVIEW圖形編程環境進行開發，界面簡潔友好，方便檢測人員操作。對于同一規格的彈簧，系統在得到彈簧的所有數據后與對應標準值進行比對，對彈簧進行分類。實驗結果表明，相比傳統的人工檢測方法，該方法檢測速度快，精度更高，可靠性更強。

一. 彈簧檢測平臺硬件構成

1.1檢測系統的組成部分

彈簧自動檢測系統的硬件構成如圖1所示，彈簧水平置于白色旋轉軸上，由步進馬達驅動軸轉動。PLC除了負責發出脈沖驅動馬達旋轉外，也將此脈沖作為外部觸發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、數據分析與保存等功能。經圖像處理得到彈簧表面缺陷和尺寸的關鍵參數后，計算機將其與對應規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成像效果

為了得到等比例的圖像，設置相機工作于外部邊沿觸發模式，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發出的脈沖接入PCI-1428采集卡的任一外部觸發端口，這樣就實現了馬達轉速與線掃率之間的對應。MAX（Measurement & Automation Explorer）是NI公司開發出來方便用戶對各種硬件進行設置和測試的軟件。在MAX中，可以根據需要配置采集卡的基本參數，如取像模式，圖像大小，觸發信號的類型等。

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

二. 彈簧檢測部分的關鍵模塊