视觉检测技术及其应用系统.pdfVIP

视觉检测技术及应用系统 叶声华邾继贵 (天津大学精密蔼试技术及仪嚣国寒重点实验室天津30tEr2) ■l：视觉柱涓技术具有非接■、建度快、理场适应能力强辱特点．是一种先进的检测 手段，适合现代制造业的应用需求。本文论述了视觉检测原理，分析了视觉检测技术不阿的 应用形式，结合多种实际视觉检嗣系统，从不同角度晨示了视觉检测技术在现代制造业中的 应用情况。 美■一：视觉检测检潮幕巍现代翻造 1 引言 视觉饺舅技术是建立在计算机视觉基础上的一种新型工业测试技术，其内容是研究被测物体 (工件)在三维空间的位置或尺寸。传统的计算机视觉研究的内容注重于模式识别、视觉理解、运 动估计等智毖颁域内的课题”““3。经过多年发展，计算机视觉研究已取得很多成果，但由于视觉 问曩自身的复杂性，计算机视觉研究还处于相对较初级的理论阶段，离既定的研究目标还有相当 大的距离…。然而，在众多韵工程应用领域，研究者可以针对具体情况，通过利用先验知识、增加 约柬来简化同曩的复杂性，从而将计算机视踅豹研究成果应用于工程实际，这方面的研究已取得 突出成就。在工业检测领域，被测对象相对固定，先验知识丰富，视觉问题的复杂性可以教大大俺 化，视觉幢潞技术就是将计算机视觉研究成果应用于工业检测领域的一种技术。视觉检测具有非 接麓、遗度快、精度合适、测量范围宽、现场适应性好等诸多优点，特别适合于现代翻造业所要求的 在线测量要求。近年来，擞电子技术、计算机技术的飞速发展，为视觉检测技术的应用研究创造了 良好的物质条件，而现代制造水平的快速提高，对在线检测技术的迫切需求，则为视觉检测技术提 供了广期的应甩空闻。 视觉检测技术以视觉传感器为基础。视觉检测系统根据具体应用的不同情况，有不同的规模 和形式。在规模上，较小测量空间的测量任务只需单个传感器即可完成，而较大测量空间的测量 任务往往要求由多个传癌器组成统一的检测系统来实现。针对较大规模的检测系统，其工作方式 又分为圃定测量方式和扫描测量方式：固定测量是指多个视觉传感器被固定安装在基础支槊上， 将大的测量空间划分成多个较小的测量空间，测量过程中，传感器没有运动，每十传感器只在与之 相对应较小空间进行测量；扫描测量是指利用一个(或少数几个)视觉传感器和被舅钫体之回的相 对扫描运动，实现对较大舅量空间的扫描测量。 2视觉传感器测量原理 ：{}一fl；I；，{I+ 能够用于三维尺寸测量的计算机视觉原理有多种㈨山1，研究表明：基于三角法测量原理的结 构光法和立体视觉法具有算法简洁、精度合适、现场适应性好等特点，可很好地满足在线测量应用 的要求。 一70一 一———百辆丽隧—■■—■一 圈l是结构光传感器测量原理…，传感器由结构光投射器和摄象机组成。结构光投射嚣投射 出系剜光平面，每一个二维光平面和摄象机的二雏象平面是一一对应的，光平面和象平面之闻的 固定空间关系通过标定的方法获得，光平面上某一点P在摄象机坐标系(即传感嚣坐标系)内的 三肇坐标可以通过计算该点对应的象点在摄象机象平面内的二维坐标得到。测量时，传感嚣投射 的光平面和被舅物体表面相交形成高对比度的光条图样f，摄象机获得光条图样的图象，通过分 析图象，可以得到被测物体表面上和光平面相交的点P在传感器坐标系中的三维坐标。 坦／二、具 ■l结构光传寤器 圈2立体视觉传癌嚣 立体视觉舅量原理由圈2所示。传感嚣由两台摄象机组成，摄象机之间的相互空间关系通过 标定方法得到。测量时．两台摄象机同时观测空间同一麓舅点，，分别得到滚点对应的象点在两 台摄象机象平面内的坐标(即视差)，由此计算出该点在某一个摄象机坐标系(传感器坐标系)中的 坐标…、…。 基于结构光原理和立体视觉原理豹两种类型视觉传感器各具特点，适用于不同的被测对象。 结构光传摩器的优点是图象对比度高、抗干扰能力强、算法简单，其缺点是传癌器标定不方便，影 响传感器精度的因素多。立体视觉传感器的优点是标定简洁、精度高．它的不利之处在于：图象对 比度因被测对象的