电子连接器自动检测白皮书

作者：时间：2013-09-13来源：网络收藏

背光（Backlight）是一种针对检测冲压过程中典型质量缺陷的极其有效的照明手段。背光可通过在待检目标的后方布置一束散射光源来实现 - 它能使待检目标与其明亮背景之间产生强烈对比而获得清晰的具有剪影效果的检测图像。这样的理想图像通常用来测量目标物的尺寸特征，如长或宽，也用来检测目标物轮廓（形状检测）。

3.2 冲压件视觉检测系统的物料输送和部件构成

这套附加的视觉检测检测系统可以十分方便地安装到冲压机物料卷带轮系统上。冲压成形的插针送出冲压机后就能够立即被检测，再随金属带卷到卷带轮上。整套系统包括：
一副可调的开口滑槽机构，用以引导载有插针的金属带通过摄像头下方，

一台PPT-DS2摄像机，安装在该金属带上方；
一盏频闪灯和一块漫反射树脂玻璃，安装在该金属带下方；
一套光敏探测器，用以向视觉检测系统提供待测工件到位的触发信号。
一台PPT Passport视觉处理系统

下面的图2显示了系统的基本构造情况。

(图2：典型的冲压件质量视觉检测系统的设备布局)
（Take-up reel - 卷带轮，Camera - 摄像机，sensor - 传感器，
Carrier strip with contacts - 冲压插针金属带，Stamping press - 冲压机，
Guide block and strobe light - 导引块和频闪灯）

当冲压成形的插针随金属带送出冲压机后，它们经由导引块穿过视觉检测系统并通过漫反射树脂玻璃前方。对于每个插针的到来，光敏探测器都会向检测系统提供一个触发信号，接通频闪灯，拍摄图像，开始执行检测。采用频闪灯的目的是避免金属带每次都要在摄像头前停下来。　在现有冲压生产线的集成上述视觉检测系统只需对冲压工段做少许改动。

3.2.1 局部扫描（Partial Scanning）

为了达到最大的图像分辨率和简化触发执行方案，每个插针的图像通常都要单独拍摄并检测，即视觉系统每次只检测一个插针而非多个。当系统以每分钟数千个插针的检测速度运行时，使用局部扫描技术和可重置摄像机就变得十分重要。PPT视觉系统使用的PPT-DS2摄像机具有"双速扫描（Double-scan）"模式，该模式下摄像机能够在16.7毫秒时间内获取一整幅全解析度（640x480）逐行扫描的图像 - 比标准的RS-170摄像机速度高两倍。

然而在许多冲压件质量检测的应用实例中，这样的速度仍旧太慢，因此PPT视觉系统使用了称?quot;局部扫描"的技术来进一步减少图像获取总的时间。使用局部扫描技术的摄像机只对有限数目的扫描行进行图像扫描--扫描行越少，图像获取的速度越快。扫描行数目不是固定的，可随使用者的意图改变。例如，扫描480行图像需耗时16.7毫秒，若设置摄像机使其仅仅扫描前120行则只需扫描时间4.18毫秒。因为仍然使用了水平方向上的全部分辨率，局部扫描非常适合于那些外形尺寸在一个方向上远大于另一个方向的目标物，如插针等。

下面的图3给出了局部扫描技术的原理。

图3：PPT-DS2摄像机扫描模式：整幅双速扫描和局部扫描。单位：Pixels - 像素
（左图 - 全解析度双速扫描模式：在16.7毫秒内获取整幅（640x480）图像）；
（右图 - 局部扫描模式的例子：在4.8毫秒内获取部分（640x120）图像，未经扫描的图像区域保持为空白）

一般情况下，冲压件质量缺陷包括插针的变形或扭曲、多余的金属粘附（金属碎屑）和外形尺寸的误差等。视觉系统可识别的一些冲压插针的典型质量缺陷如图4所示。

（Twisted contact　- 插针扭曲，Metal flash - 属粘附碎屑，
Crushed contact - 触点挤压变形，Thin contact - 插针过细）

3.2.2 视觉检测工具（Vision tools）

由于受到各种机械和电子干扰或迟滞的影响，每次在被视觉系统捕获到的图像上，待测零件（插针）的位置都会有变化。因此在进行零件检测之前，系统首先必须在视野范围内寻获目标零件的位置。PPT视觉系统采用名为"原点"（Origin Tool）的视觉检测工具来获得屏幕上目标零件的位置和角度。这个工具由图像上的三个相互垂直交叉的ROI (Region of Interest)　"感兴趣的区域" 坐标组成。这些ROI将告诉视觉系统在哪里寻获目标和寻获的信息。第一和第二个ROI采用对比检测方法 (Contrast Sensing) 以获得目标零件的边的信息，并计算出起始角度；再加上第三个ROI（垂直方向）所获得的边的信息, 来共同确定目标零件在图像平面上的位置和角度。

图5：三个ROI坐标 - 检测插针在其背光图像中的位置
（Primary ROI - 第一个ROI，Secondary ROI - 第二个ROI，Perpendicular ROI - 垂直ROI）

插针的这几个位置边缘坐标和起始角度将传送给后续的一些视觉检测工具并用以校准它们的ROI相对于插针顶端的位置。

"模板"（Template）工具提供一种简单的手段以检测插针是否变形或扭曲以及插针外形之间的一致性。该工具非常适合于检测零件的基本外形。由于视觉系统主要采用"金规"（标准零件）图像作为自教的初始化方式，模板工具也因此极易建立。用户只需简单地划定一个覆盖整个插针图像的特征区，并通知系统忽略所有在给定灰度级范围之外的像素，系统就能据此"学习"而产生一个点阵图像模板。此后，只有那些在此特征区内并为模板所"激活"的像素才被检测。若所有?quot;激活"的像素都在用户定义的灰度范围之内，则模板工具检测通过。示例如图6，所有覆盖在模板之下的像素（图中以单灰色显示）都应是黑色的；若存在插针变形或扭曲，那么这些像素中就会有一部分因此变亮而无法通过模板检测。

图6：模板工具--检测插针变形缺陷以及形状校验
（Template of "turned ON" pixels - 像素"激活"的模板，Gird of ROIs - ROI网格：视觉系统仅仅检测那些限在特征区内并被模板所"激活"的像素）