採用HALCON機器視覺軟體及C#語言檢測工件位置的方法 （之一）

採用機械手自動安裝模塊上的插頭，插座位置必須精確定位，模塊如圖1所示。由於電路板、外殼和裝配位置都存在誤差。用模塊外殼定位，確定插座位置誤差較大；而且工裝夾具複雜、上下料操作不便。

圖1 IO模塊外形

採用機器視覺技術檢測插座位置，精度高；工裝夾具簡單，更換產品方便。設備外觀如圖2所示。

圖2 設備外觀圖

一．機器視覺系統的元件

選擇鏡頭和相機需要考慮因素有：拍攝圖像的大小、解析度、鏡頭安裝位置、攝像頭介面、與軟體的匹配、價格等。

試用了2個方案，參數對比如表1所示。方案二雖然價格便宜一些，但圖像解析度低，安裝、調試軟體複雜。最後選用方案一。

表1 視覺系統硬體方案比較

1. 鏡頭

鏡頭Computar M5018-MP2焦距為50mm，光圈為1.8~16，物距為0.5m~無窮遠。鏡頭直徑為2/3」，鏡頭支持最大耙面（對角線長度）為2/3」或以下相機；C型介面。其他參數見圖3。

註：2/3英寸鏡頭的靶面尺寸為寬8.8mm、高6.6mm，對角線11mm。

這裡的1英寸為16mm。因為早年電視攝像機使用的感光元件是真空管，真空管外徑含玻璃厚度。外徑1英寸的真空管，實際成像區域只有16mm左右，於是16mm就成了電子攝像行業一個約定俗成的度量單位。

圖3 鏡頭Computar M5018-MP2的參數

2. 相機

大恆相機DH-HV1351UM-ML為黑白CMOS圖像感測器，CS介面。主要參數如圖4所示。

3. 鏡頭與相機介面的匹配

C型介面的鏡頭與相機接觸面至鏡頭焦平面（CCD光電感應器應處的位置）的距離為17.5mm，而CS型介面此距離為12.5mm。

相同介面的鏡頭和相機可以正常匹配。C型介面鏡頭與CS型介面相機之間需要增加一個5mm厚的C/CS轉接環，方可正常使用。如圖5所示。

圖5 鏡頭介面與轉接環

4. 增加轉接環可減小物距

圖6是最小物距500mm拍攝的照片，視場的寬約63mm。照片的解析度為1280′1024像素，故1個像素的尺寸為0.0485mm。

圖7是在鏡頭和相機中間增加了2個5mm厚的轉接環後拍攝的照片。像距增加10mm，最小物距變為210mm。相機的視場減小，測量精度提高。1個像素的尺寸約為0.02mm。

圖6 最小物距500mm時的照片

圖7 最小物距210mm時的照片

高斯的凸透鏡成像公式給出了物距、像距和焦距的關係：

1/u + 1/v = 1/f

其中：u為物距、v為像距、f為焦距。參見圖8。

圖8 物距、像距和焦距的關係

一個鏡頭可以近似為一個凸透鏡。用高斯成像公式很容易解釋為什麼增加轉接環可減小物距。

已知：f = 50 mm，u = 500 mm

則： v = f ′ u / ( u – f )= 50 X 500 / (500 - 50) = 55.56 mm

若像距增加10mm，即v』= 65.56 mm

則： u』= f ′ v』/ ( v』– f ) = 50 X 65.56 / (65.56 - 50) = 210.7 mm

該結果和實驗數據以及圖3表中提供的數據相吻合。

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