機(jī)器視覺Sherlock軟件在檢測(cè)零件定位中的應(yīng)用研究分析

概述

在機(jī)器視覺檢測(cè)過程中，需要夾具對(duì)每一個(gè)被檢測(cè)零件進(jìn)行定位，保證光源照射到零件，讓相機(jī)能拍攝到被照射的零件，使位置傳感器能夠在同一位置進(jìn)行觸發(fā)，防止零件發(fā)生晃動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。當(dāng)每一個(gè)所要檢測(cè)的零件到達(dá)檢測(cè)區(qū)域時(shí)，視覺系統(tǒng)就對(duì)它進(jìn)行檢測(cè)。但是在很多情況下，即使夾具特別精確，也不能保證不發(fā)生位置變化，零件不可能總是準(zhǔn)確定位在期望的位置，即零件不能重復(fù)地關(guān)于攝像機(jī)定位，如圖1所示。

在很多情況下，這種未對(duì)準(zhǔn)情況可以通過使用相關(guān)的測(cè)量方法進(jìn)行補(bǔ)償。例如，在Sherlock軟件中可以得到零件的長(zhǎng)度，方法是使用線感興趣區(qū)域（peek）找到所要測(cè)量的端點(diǎn)，然后使用距離公式計(jì)算兩個(gè)端點(diǎn)之間的距離。這樣，測(cè)量值將保持恒定，即使零件移動(dòng)了一點(diǎn)位置，只要它沒有移動(dòng)很遠(yuǎn)，它的一個(gè)端點(diǎn)沒有移出相應(yīng)的線區(qū)域即可。

然而在某些情況下，需要絕對(duì)對(duì)準(zhǔn)。如果使用理想模板，或者要測(cè)量一個(gè)小零件，不考慮零件位置的正常變化，過度擴(kuò)大感興趣區(qū)域，將不太可能保證魯棒性。在這些情況下，利用機(jī)器視覺軟件sherlock的定位點(diǎn)（landmark）就很容易解決零件不能對(duì)準(zhǔn)的問題。

零件對(duì)準(zhǔn)的工作過程

當(dāng)被檢測(cè)零件不在最初訓(xùn)練的位置時(shí)，Sherlock的零件對(duì)準(zhǔn)功能依靠定位點(diǎn)自動(dòng)找到所要檢測(cè)的位置。所有點(diǎn)的讀數(shù)都可以在讀數(shù)編輯對(duì)話框中標(biāo)記為定位點(diǎn)。通過指令返回定位點(diǎn)標(biāo)記的點(diǎn)的位置，然后根據(jù)定位點(diǎn)的位置對(duì)所要處理的感興趣區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)定位。

● 零件只發(fā)生移動(dòng)時(shí)的對(duì)準(zhǔn)

當(dāng)所檢測(cè)的零件只發(fā)生X方向或Y方向的移動(dòng)時(shí)，只需要一個(gè)定位點(diǎn)進(jìn)行定位就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，操作過程如下。

（1）首先在所拍攝的合格零件圖像上選定一個(gè)點(diǎn)作為定位點(diǎn)，如利用矩形感興趣區(qū)域的SmartSearch分析算法對(duì)零件的某一特征部分進(jìn)行訓(xùn)練，將該特征的最佳點(diǎn)（best point）作為定位點(diǎn)。

（2）將矩形感興趣區(qū)域的范圍拉大，使所檢測(cè)零件上與所訓(xùn)練的特征相應(yīng)的特征部分總在該感興趣區(qū)域范圍內(nèi)。

（3）對(duì)需要檢測(cè)的區(qū)域進(jìn)行訓(xùn)練，添加相應(yīng)的程序。

（4）運(yùn)行所做的檢測(cè)程序，當(dāng)零件位置發(fā)生移動(dòng)時(shí)，所要檢測(cè)部位的感興趣區(qū)域就會(huì)根據(jù)定位點(diǎn)，自動(dòng)精確地找到所要檢測(cè)部位進(jìn)行檢測(cè)。

在圖2中，將十字架作為訓(xùn)練的模板，十字架的中心作為定位點(diǎn)，需要檢測(cè)的位置為梳狀齒。當(dāng)零件發(fā)生移動(dòng)時(shí)，感興趣區(qū)域B可以自動(dòng)找到所要檢測(cè)的位置。

● 零件既發(fā)生移動(dòng)又有旋轉(zhuǎn)時(shí)的對(duì)準(zhǔn)

當(dāng)被檢測(cè)零件相對(duì)與訓(xùn)練模板在位置上既有X、Y方向移動(dòng)，又發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，一個(gè)定位點(diǎn)就不能找到所要檢測(cè)的位置。在Sherlock中使用兩個(gè)定位點(diǎn)就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。其中，一個(gè)定位點(diǎn)計(jì)算移動(dòng)的信息，另一個(gè)計(jì)算旋轉(zhuǎn)的信息。操作過程如下。

1）在所拍攝的合格零件圖像上選定兩個(gè)可以被可靠定位的特征點(diǎn)作為定位點(diǎn)進(jìn)行訓(xùn)練。

2）訓(xùn)練完成后，分別將兩個(gè)特征點(diǎn)的感興趣區(qū)域拉大，使每一個(gè)特征點(diǎn)都在自己的感興趣區(qū)域范圍內(nèi)。

3）對(duì)需要檢測(cè)的區(qū)域進(jìn)行訓(xùn)練，添加相應(yīng)的程序。

4）運(yùn)行檢測(cè)程序，當(dāng)零件位置既發(fā)生移動(dòng)，又發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，所要檢測(cè)部位的感興趣區(qū)域就會(huì)根據(jù)定位點(diǎn)，自動(dòng)精確地找到所要檢測(cè)部位進(jìn)行檢測(cè)。

零件位置發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，也可以使用三個(gè)定位點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，假定第一點(diǎn)相對(duì)于零件來說是一個(gè)固定點(diǎn)，隨后的兩點(diǎn)只被用來計(jì)算旋轉(zhuǎn)信息。記錄下點(diǎn)之間的原始角度，找出運(yùn)行時(shí)的新角度，通過新角度和原始角度之間的比較，計(jì)算出旋轉(zhuǎn)距離，從而實(shí)現(xiàn)零件對(duì)準(zhǔn)。

● 使用Smart Search360的結(jié)果來實(shí)現(xiàn)零件對(duì)準(zhǔn)

Sherlock軟件中的分析算法Smart Search360是一個(gè)模式識(shí)別的分析算法，該算法可識(shí)別旋轉(zhuǎn)的物體，也可以實(shí)現(xiàn)零部件對(duì)準(zhǔn)。Smart Search360的返回結(jié)果中有一個(gè)最佳點(diǎn)和一個(gè)最佳角度。使用點(diǎn)的轉(zhuǎn)換函數(shù)Formula—Align把該點(diǎn)和該角度轉(zhuǎn)換成兩個(gè)定位點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)零件對(duì)準(zhǔn)。

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