機器視覺技術與應用實戰(zhàn)-金屬標定塊平面度檢測應用案例

機器視覺3D測量第一節(jié)什么是視覺測量？定義機器視覺檢測就是用機器代替人眼來做測量和判斷。應用尺寸測量：主要通過2D（即二維）的測量方式。2D尺寸測量主要應用于各種平面尺寸測量，如半徑、寬度、長度、角度、輪廓度、位置度等。平面度測量：平面度測量主要通過3D（即三維）的測量方式。平面度測量是指被測實際表面對其理想平面的變動量。將被測實際表面與理想平面進行比較，兩者之間的線值距離即為平面度誤差值；或通過測量實際表面上若干點的相對高度差，再換算以線值表示的平面度誤差值。。應用分類機器視覺測量主要應用在品質(zhì)檢測階段，主要針對加工后的產(chǎn)品通過視覺測量的方法進行全自動化檢測，如尺寸、平面度測量（產(chǎn)品是否凹凸不平）是否合格。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例什么是平面度測量？平面度測量是指被測實際表面對其理想平面的變動量。將被測實際表面與理想平面進行比較，兩者之間的線值距離即為平面度誤差值；或通過測量實際表面上若干點的相對高度差，再換算以線值表示的平面度誤差值。案例背景：

屬標定塊加工出來后，對于表面檢測的粗糙程度都會有不同的要求，最初的高度測量儀是高度規(guī)的方式，通過一個觸點不斷的測試產(chǎn)品表面的高度，人工產(chǎn)品的平面度，測試時間長，效率低。測量方法平面度誤差測量的常用方法有如下幾種：①平晶干涉法②打表測量法

③液平面法④光束平面法

⑤激光平面度測量儀⑥數(shù)據(jù)采集儀連接百分表測量方法①平晶干涉法用光學平晶的工作面體現(xiàn)理想平面，直接以干涉條紋的彎曲程度確定被測表面的平面度誤差值。主要用于測量小平面，如量規(guī)的工作面和千分尺測量面的平面度誤差。平面是由直線組成的，因此直線度測量中直尺法、光學準直法、光學自準直法、重力法等也適用于測量平面度誤差。測量平面度時，先測出若干截面的直線度，再把各測點的量值按平面度公差帶定義(見形位公差)利用圖解法或計算法進行數(shù)據(jù)處理即可得出平面度誤差。也有利用光波干涉法和平板涂色法測量平面誤差的。光波干涉法常利用平晶進行，圖為測量所得的不同干涉條紋。干涉條紋是直的，而且間距相等，只在周邊上稍有彎曲。這說明被檢驗表面是平的，但與光學平晶不平行，而且在圓周部分有微小的偏差。干涉條紋彎曲而且間隔不相等，表明被檢驗表面是球形的，平晶有微小傾斜。條紋彎曲度約為條紋間距的1.5倍，表示平面度誤差為1.5×0.3μm=0.45μm。干涉條紋呈圓形，同樣表明被檢驗表面是球形表面。將條紋數(shù)目乘以所用光束波長的一半，即得所求的平面誤差為1.5×0.3μm=0.45μm。干涉條紋成橢圓形排列，說明被檢驗表面是桶形的。可以把干涉圖案作為被檢驗表面的等高線，因此可以畫出該表面的形狀。這種方法僅適宜測量高光潔表面，測量面積也較小，但測量精確度很高。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例測量方法②打表測量法打表測量法是將被測零件和測微計放在標準平板上，以標準平板作為測量基準面，用測微計沿實際表面逐點或沿幾條直線方向進行測量。打表測量法按評定基準面分為三點法和對角線法：三點法是用被測實際表面上相距最遠的三點所決定的理想平面作為評定基準面，實測時先將被測實際表面上相距最遠的三點調(diào)整到與標準平板等高；對角線法實測時先將實際表面上的四個角點按對角線調(diào)整到兩兩等高。然后用測微計進行測量，測微計在整個實際表面上測得的最大變動量即為該實際表面的平面度誤差。③液平面法：液平面法是用液平面作為測量基準面，液平面由“連通罐”內(nèi)的液面構成，然后用傳感器進行測量。此法主要用于測量大平面的平面度誤差。

④光束平面法：光束平面法是采用準值望遠鏡和瞄準靶鏡進行測量，選擇實際表面上相距最遠的三個點形成的光束平面作為平面度誤差的測量基準面。

⑤激光平面度測量儀：激光平面度測量儀用于測量大型平面的平面度誤差。⑥利用數(shù)據(jù)采集儀連接百分表測量平面度誤差的方法。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例3D檢測需求：(1)取樣范圍，去除弧邊區(qū)域取樣基準面(2)視野范圍不小于20mm*25mm(3)安裝高度不超過100mm(4)平面度檢測精度≥0.03mm(5)檢測速度：1pcs/s視覺應用優(yōu)勢：（1）替代人工測量平面度耗時長誤差大，視覺自動定位，耗時短、誤判率低；（2）替代傳統(tǒng)接觸式機械測量校準精度差的，3D測量精度高、速度快；（3）3D測量重復性高，并且可以以相同的方法一次一次的完成檢測工作而不會感到疲倦。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例硬件選型視覺器件的選擇，包括相機、鏡頭、光源和視覺控制器的選擇。

（1）視覺控制器的選擇：目前從需求應用確認，只需要一個相機，所以需要配備2個千兆網(wǎng)口，1個網(wǎng)口用來連接3D相機，另外1個網(wǎng)口用來與上位機進行通訊。3D相機處理速度要求較快，所以視覺控制器選擇VDCPT-2,參數(shù)如第九章節(jié)表9.1所示。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例硬件選型

（2）3D傳感器的選擇：檢測精度0.03mm，目前視野范圍最小是20mm*25mm，則我們可以選擇檢測的實際視野范圍為30mm*30mm，檢測精度需要大于0.03mm，目前視覺龍公司的VD300-20傳感器檢測視野范圍X方向是32mm，Z方向檢測精度0.025，且安裝高度為60mm，滿足客戶檢測精度和安裝要求。（3）硬件選型對應配置如下表。名稱說明數(shù)量備注3D傳感器VD300-201含電源線、IO線視覺控制器VDCPT-21龍睿智能相機DragonVision1第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（1）首先打開龍睿智能相機（Dragonvision）軟件如圖11.22采集3D高度偽彩圖。。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（2）打開軟件后添加軟件通訊工具：工具箱→文件通訊→TCP服務器→接收文本→條件執(zhí)行，如圖11.23所示。工具箱添加工具示意圖第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（3）TCP服務器設置：設置監(jiān)聽端口為54600（可以任意設置），設置訪問的IP地址為192.168.1.2（可以任意設置）；通訊未連接前一直監(jiān)聽，連接后則顯示為連接成功，如圖。TCP服務端工具設置第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（4）接收文本工具：通訊選擇→TCP服務端→讀取數(shù)據(jù)→設置保存→關閉。文本工具，主要是用來讀取網(wǎng)絡&串口里面接收到的文本數(shù)據(jù)，如圖所示。接收文本工具設置圖第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（5）條件執(zhí)行：判斷接收文本工具讀取到的接收數(shù)據(jù)=2時執(zhí)行任務2，如圖所示。條件執(zhí)行工具設置圖第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（6）任務2工具添加：圖像處理→圖像采集，位置定位→幾何定位，專用工具→平面度誤差，文件通訊→輸出文本。從工具箱添加工具到任務欄第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（7）圖像采集：設置左鍵雙擊打開圖像采集工具→仿真圖像→打開圖像→選擇.hig后綴→選擇11.hig圖→打開即可完成高度圖像采集，如圖11.28所示（備注：此時顯示圖像為標定前圖像）。圖像采集離線圖片添加第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（8）圖像采集標定前與標定后圖像如圖11.29所示，（a）是標定前的圖像，（b）是標定后的圖像，從圖中可看出標定前后圖像顯示有差異，但不影響實際測量。標定前后圖像對比（a）（b）第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（9）如下圖11.30所示，設置顯示界面→單擊刷（刷新界面顯示）→選擇采集圖像，主界面設置顯示正常。任務2圖像界面顯示第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（10）設置顯示判斷測量狀態(tài)如下圖所示。檢測結果顯示選擇第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（11）幾何定位設置：幾何定位工具設置①區(qū)域設置：選擇輸入圖像→采集圖像→全圖搜索→啟用標定圖像。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（11）幾何定位設置：幾何定位工具模板添加②模板設置：單擊模板→設置綠色ROI區(qū)域→添加模板。

第三節(jié)金屬標定塊平面度檢測應用案例軟件應用

（11）幾何定位設置：幾何定位工具模板輪廓設置③編輯模板：創(chuàng)建模板→選擇序號0→單擊中心→單擊裁剪→單擊確定，模板設置完成。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（11）幾何定位設置：幾何定位工具搜索參數(shù)設置④搜索參數(shù)編輯：縮放：常規(guī)設置為1：1的比例，如果檢測的產(chǎn)品尺寸有大小誤差且誤差值超過原有模板的2%時，才啟用最大最小值，不過也要實際情況實際分析；角度：角度范圍設置越大，定位時間越長；查找極性：啟用僅用粗輪廓，目前產(chǎn)品單一，粗輪廓已經(jīng)很穩(wěn)定；排序：按質(zhì)量排序；匹配百分比：可以按匹配程度來放大縮小，目前設置為70；一致性公差：目前設置為小。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（11）幾何定位設置：幾何定位工具輸出參數(shù)設置⑤輸出參數(shù)設置：輸出結果有顯示產(chǎn)品中心坐標位置（x、y、角度）→啟用顯示定位MARK→單擊確認，模板工具設置完成，位置補正模板已經(jīng)建立，如圖所示。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（12）平面度誤差工具設置圖11.37平面度誤差工具定位跟隨①區(qū)域定位跟隨設置，平面度檢測區(qū)域中心跟隨幾何定位產(chǎn)品中心，設置位置補正變量，如圖所示。平面度誤差工具定位跟隨第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（12）平面度誤差工具設置圖11.38平面度誤差工具區(qū)域設置②平面度誤差檢測參數(shù)設置：移動ROI區(qū)域后，設置9宮格平面布點間格，如圖11.38所示。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（12）平面度誤差工具設置平面度誤差工具輸出結果③直接查看輸出結果：平面度誤差0.0117mm，如圖所示。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

（12）平面度誤差工具設置④測試結果，如下圖所示，產(chǎn)品1的平面度誤差是0.0117mm、產(chǎn)品2的平面度誤差是0.0112mm，產(chǎn)品3的平面度誤差是0.00114mm、產(chǎn)品5的平面度誤差是0.0116mm，判斷良品與不良品的上下限區(qū)間可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況在軟件里面設置。產(chǎn)品1：0.0117mm

產(chǎn)品2：0.0112mm

第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例軟件應用

產(chǎn)品測試結果產(chǎn)品3：0.0114mm

產(chǎn)品4：0.0116mm

第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例結果數(shù)據(jù)輸出

（1）輸出文本數(shù)據(jù)：通訊選擇→TCP服務端→發(fā)送內(nèi)容為平面度誤差的判定結果數(shù)據(jù)，OK發(fā)送1，NG發(fā)送0，如圖所示。輸出文本工具設置第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例結果數(shù)據(jù)輸出

（2）顯示文本工具設置：顯示文本工具設置①工具箱→系統(tǒng)工具→顯示文本→輸入圖像→添加顯示內(nèi)容，如圖所示。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例結果數(shù)據(jù)輸出

（2）顯示文本工具設置：顯示文本工具顯示參數(shù)設置②顯示內(nèi)容添加顯示文本和判定顯示顏色。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例結果數(shù)據(jù)輸出

（2）顯示文本工具設置：平面度誤差顯示效果圖③顯示效果圖。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例結果數(shù)據(jù)輸出

（2）顯示文本工具設置：平面度誤差顯示效果圖④自動運行顯示效果圖。第三節(jié)金屬標定塊平面度3D測量應用案例電池極耳折彎間隙測量案例了解其他案例請掃碼其他3D測量類