基于3D相机量测Pin针高度和位置度--机器视觉网

项目需求

检测控制器外壳Pin针的高度以及平面位置度，Pin针数量较多且分布范围略大，需进行多次检测。本项目中DSMax将进行3次扫描并分别处理。下图1为样品图片，标注位置为需要检测的pin针位置。

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图1

硬件配置和介绍

硬件：DSMax（下图2）

DSMax 是市面上速度快、分辨率高的激光束 3D 位移传感器，用于以三维形式采集图像和检测产品。此款传感器可提供以下功能：

在全测量范围实现高度率扫描，达到18KHZ

图像分辨率高值（2000个轮廓点）

加速高动态曝光（HDR）图像

DSMax 将 2000 个轮廓点集中到 31-mm 的视野 (FOV) 中。遍布视野中的轮廓点数量越多，越能详细揭示该部分的细节并提高三维图像的精度，使三维检测更加准确。

DSMax配备远心镜头，可以减少阴影并得到高对比度图像。其通过将激光束直接引导至物体，减少从镜头反射的光，增加反射回至成像仪的光来实现这一点。远心光学件配置适合高精度测量，其准确性、可重复性和吞吐量都是应用所必需的。

DSMax采用HDR技术采集图像，减少了图像中的噪点，并提高了准确度。 HDR会防止DSMax受到某一部分明亮或高度反光特征的影响，为机器视觉检测提供有品质的图像。

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图2

软件配置和介绍

软件：VisionPro 9.2和Designer 2.7

DSMax配备VisionPro视觉软件和 Designer图形用户界面。此功能较强的软件包可以加快构建和部署的视觉应用，同时可以访问完整的VisionPro工具库。

VisionPro是个人电脑视觉软件，适用于 Microsoft® Visual Studio® .NET 编程环境。它主要用于设置、部署二维和三维视觉应用 - 无论是使用相机还是图像采集卡。

Cognex Designer 是拥有集成 HMI 的图形化流程图编程环境，可以将应用决策细分为可管理的任务，以便使用特殊功能轻松开发用户界面。Designer软件具有开发周期短，维护简单，无需复杂编程的特点。

在本项目中，我们使用Designer进行软件开发，DSMax进行扫描取图，VisionPro进行图像和数据分析。

Designer软件界面

下图3展示了Designer开发界面，其中包括“项目探索器”，“工具箱”，“编写界面”，“报警信息”，“工具属性”这几个部分。

项目探索器：项目运行所必备的组成部分，包括HMI界面设置，运行任务设置，标签管理等。

工具箱：包含图像采集，通讯模块，VisionPro工具模块，脚本等，单击工具拖拽到编写界面即可。

编写界面：采用模块化的功能工具，运行顺序为从左至右依次运行，各个模块的上下位置与运行顺序无关。

工具属性：可对每个工具进行属性设置。

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图3

Designer运行流程

按照从左至右的运行顺序，可分为下图4所示的12个部分

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图4

1：DSMax的曝光设置，根据PLC发送的数据进行不同曝光值切换。

2：DSMax扫描取图。

3：引用本地图片。

4：DSMax取的图像打包成文件夹。

5：根据界面上的选择框判断实际选用DSMax的实时图片或本地图片。

6：根据PLC发送的数据以及手动选择程序号使用不同的程序。

7：显示软件当前处理的图片。

8：每个模块说明一个程序。此处设定三个程序是同时处理的，但实际每次只会启用一个程序，另外两个程序会被屏蔽。

9：分析处理结果。

10：格式化待输出的数据。

11：DSMax扫描次数累计。

12：保存图片。

Pin针检测原理

Pin针高度检测的原理是检测Pin针至高点到高度基准面（图像右上角的圆环）的平均距离，如下图5

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图5

Pin针位置度检测的原理是检测Pin针顶点到水平基准点（高度基准面下方的圆环的中心点）的距离，如下图6。

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图6

Pin针高度检测结果取其平均值，如下图7，由计算工具直接输出并根据“Cam3-data”中设定的高度标准值和公差进行判断产品是否合格。

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图7

另一方面，在对Pin针进行定位时会得到Pin针尖顶的像素坐标，并不是实际坐标，因此需要在脚本中进一步进行计算。计算方式为（水平基准点坐标-Pin针坐标）*系数，得到实际值，系数为调试DSMax时的参数。如下图8得到的offset值再去和“cam3-data”中设定的标准值和公差进行对比，判断是否合格，如下图9。水平方向和高度方向的判断结果整合到一起输出给PLC。