基本信息
- 项目名称：
- 拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 拉铆钉是大型结构连接新工艺中的关键部件，拉铆钉的尺寸参数多、要求严格，批量生产中的质量检测是行业性难题。 设计的新装备以先进的集群式自动视觉检测手段代替传统的人工检测方式，极大的提高了检测速度和检测效率。
- 详细介绍：
- 拉铆钉是大型结构连接新工艺中的关键部件，拉铆钉的尺寸参数多、要求严格，批量生产中的质量检测是行业性难题。研究设计拉铆钉的实时在线检测新技术、新装备是先进制造技术的迫切需求，是“十一五”科技支撑的重要主题。我们盈新团队顺应了国家的要求。以引进吸收再创新的模式，综合机器视觉技术、自动化技术和集群协作处理技术，研发了“拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统” ，是完全拥有自主知识产权的技术和装备。 设计的新装备以先进的集群式自动视觉检测手段代替传统的人工检测方式，极大的提高了检测速度和检测效率。其检测速度高达1800件/小时，准确率达99%，检测精度达到10微米；整个检测系统属于全自动在线检测系统，可在2秒钟内同时测出拉铆钉的10个尺寸参数，同步处理图像数据并综合判定、分检出合格与不合格产品，记录质量数据，完成产品质量自动保障任务。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 拉铆钉是大型结构连接新工艺中的关键部件，拉铆钉的尺寸参数多、要求严格，批量生产中的质量检测是行业性难题。研究设计拉铆钉的实时在线检测新技术、新装备是先进制造技术的迫切需求，是“十一五”科技支撑的重要主题。我们盈新团队顺应了国家的要求。以引进吸收再创新的模式，综合机器视觉技术、自动化技术和集群协作处理技术，研发了“拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统” ，是完全拥有自主知识产权的技术和装备。 设计的新装备以先进的集群式自动视觉检测手段代替传统的人工检测方式，极大的提高了检测速度和检测效率。其检测速度高达1800件/小时，准确率达99%，检测精度达到10微米；整个检测系统属于全自动在线检测系统，可在2秒钟内同时测出拉铆钉的10个尺寸参数，同步处理图像数据并综合判定、分检出合格与不合格产品，记录质量数据，完成产品质量自动保障任务。 本作品的创新点主要包括： (1)具有完全自主知识产权的集群式视觉测量技术，包含新型视觉传感器硬件技术、图像处理算法和集群式产品几何参数测量算法等软件技术。 (2)完全自动化的视觉检测过程，无需人为干预，并设计分选控制装置，尤其是精确定位的自动化机构已取得专利成果的技术。 (3)开发了用于集群式视觉检测的光源系统，采用LED倾角点光源，较好地解决了亮度、照明角度和重影问题，保证了视觉检测的高精度。
科学性、先进性
- (1)使用具有300万像素的CMOS图像传感器作为采集单元，检测精度高于0.01mm。对目标检测速度达到40件/分。这样检测速度和精度的实时在线装备在国内还没有同类产品。 (2)研制了具备“集群”功能的测量类视觉传感器。研制成本仅同类产品价格的1/3。可对拉铆钉的10个关键参数使用多个视觉传感器进行同步采集和处理，直接将参数检测结果传送至图像处理单元。 (3)装备的自动化机构控制器使用高性能嵌入式处理器，配套大容量的SDRAM和NAND FLASH作为存储器，并能记录大量的检测参数。 (4)设计了自动化拉铆钉的精确定位机构，能够实现针对T12-T24型号的拉铆钉的精确定位。整个机构能够实现拉铆钉的型号自适应、自动进料和位置校正。整个定位系统可靠性高，可保证在20ms内完成所有的机械动作，使用寿命可达500万次以上。 (5)自制了倾角LED光板和屏蔽使匀光罩，在室光环境下，能有效消除环境光的各种干扰;在其照明下采集的图像边缘清晰、平滑、阴影扰动小，利于图像处理。
获奖情况及鉴定结果
- (1)作品已由绵阳市科技局组织鉴定，认定是科技含量高，推广价值大的新技术，新产品。正在申请绵阳市科技城和国家科技部两级中小企业科技创新基金。 (2)在2009年校级《挑战杯》作品打赛中，荣获科技制作第一名。 (3)依托作品的技术和设计，由学校科仪厂生产的《拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统》装备已经正式销售到南车集团眉山车辆有限公司，完成了安装调试，正在试运行，有力证明了作品的价值。 (4)2009年6月于本校参与四川省大学生第十届挑战杯比赛获得四川省一等奖。
作品所处阶段
- 样品已经制作完成，进行测试和改进工作。
技术转让方式
作品可展示的形式
- 实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- (1)作品是计算机视觉技术、自动化技术等综合技术与装备制造业生产线的直接结合，用于拉铆钉的生产质量保障和降低成本、提高效益、提升生产管理水平。 (2)作品能够对T12-T24五个型号22个规格的拉铆钉全部尺寸参数进行精测，实时在线检测记录，残次品自动剔除。使用该作品的南车集团眉山车辆有限公司依托本作品建立了新的质量保障体系，5月13日通过了美国采购方的检验，签订了国际供货合同。 (3)结合实际需求进行了大量的创新工作，提出了“适用于拉铆钉视觉测量的精确定位机构”（已申报通过）、 “适用于拉铆钉多参数视觉测量的集群式智能摄像机”（正在申报） 等实用新型专利。 (4)作品是具有完全自主知识产权的软/硬件平台，可根据需求形成系列型的产品。不仅适用于国内拉铆钉生产企业，通过算法和视觉传感器裁剪和定制，作品还适用于很多精密器件加工企业，如数控机床的刀具生产、微型机械加工制造等。具初步估计，作品的市场规模超过10亿元人民币，企业使用后提高质量，降低成本，年直接经济效益超过数百万元人民币。
同类课题研究水平概述
- 检测技术是现代制造业的基础技术之一，是保证产品质量的关键。近几十年来，制造业在新材料、新工艺、新设备等方面取得了巨大的进步，许多传统的检测技术已不能适应现代制造业的需要，表现在:现代制造产品种类有很大的扩充，许多新型产品没有相应的检测方法;现代制造强调快速、实时、在线和非接触式检测，这是许多传统检测手段无法提供的;现代产品的制造精度大大提高，要求相应的高精度检测方法。计算机视觉检测技术具有非接触、速度快、精度合适、现场抗干扰能力强等突出的优点，能很好地满足许多制造业的需求。 目前，国外的计算机视觉设备已得到了广泛的应用。随着CCD器件技术和计算机技术的迅速发展，发达国家的计算机视觉工业检测设备的功能在不断完善，性能在不断提高，与视觉技术相关的供应商和系统集成商也越来越多。计算机视觉设备的软硬件开发系统从结构上可分为两大类:基于PC的系统和基于专用集成电路(ASIC)的系统，前者的主要供应商有美国国家仪器(NationalInstruments，以下简称NI)公司和DataTranslation公司;此类系统的特点是应用软件的开发是基于通用计算机语言(如VC和VB)加上专门图像处理工具的环境，因此具有很强的功能和编程灵活性，以及良好的开放性和人机界面，系统总体成本较低，适用不同用途的复杂系统的开发。而基于ASIC的视觉开发系统的主要供应商有日本的松下公司、美国的COGNEX公司和德国的西门子公司，此类系统的特点是图像采集和处理系统集成在一起，体积小和掌握容易，并可通过PLC构成测控网络。 国内的机器视觉技术研究起步于90年代，主要分为基于PC和基于PLC两大类。由于在核心技术上取得的成果还不明显，所以起市场产品多表现为PC主机+图像采集卡+CCD镜头的方式，其应用领域也只仅仅限于各种图像识别算法的研究和演示，市场规模也比较小，还未形成视觉传感器产品。国内工业生产中使用的视觉传感器和配套技术几乎被国外公司垄断。 在各个领域的工业生产中，计算机视觉检测技术可以在降低成本、保证产品质量和提高生产率等方面发挥重要的作用，因此计算机视觉技术的研究和推广对促进我国经济发展具有重要的意义，特别是具有自主知识产权的计算机视觉应用技术的研究和推广，以及高性价比的国产化设备的开发都有相当大的经济效益和社会意义。
