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輪轂自動識別技術(shù)的國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀
（1）國外相關(guān)研究現(xiàn)狀
目前國內(nèi)市場上出現(xiàn)的輪轂識別設(shè)備主要由美國和歐洲生產(chǎn)。國外在此方面的研究已經(jīng)比較成熟，企業(yè)作為相關(guān)技術(shù)研發(fā)的主體，并且已經(jīng)推出了技術(shù)比較成熟的產(chǎn)品。
愛迪生工業(yè)系統(tǒng)由 Bellrouz N．Shabestari，John. W．VMiller 和 Victoria Wedding等人研制出了一種高性價比的實(shí)時汽車輪轂分類系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了包括圖像采集，圖像感興趣區(qū)域分割提取，圖像特征提取，分類識別在內(nèi)的圖像處理功能，對輪轂型號的識別速率達(dá)到 30 個/min，相較于人工識別，該系統(tǒng)明顯的提高了輪轂型號的識別正確率和識別效率。 美國通用電氣公司也研制出了多種具備實(shí)用價值的輪轂型號識別系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的產(chǎn)品化。瑞士光華科技公司雖然沒有設(shè)計(jì)制造出完整的輪轂型號識別系統(tǒng)，但是推出了輪轂識別的專用軟件包。德國的依科視朗公司的Mu231 系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)從 4Jxl2”到 12Jxl9”尺寸范圍內(nèi)各型輪轂的識別檢測任務(wù)。
（2）國內(nèi)相關(guān)研究現(xiàn)狀
國內(nèi)的自動識別技術(shù)的研究與應(yīng)用相較于國外起步較晚。在國內(nèi)，識別技術(shù)******被一些高校和研究所引入并應(yīng)用于一些帶有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的研究項(xiàng)目中，直到二十世紀(jì)九十年代，中國的識別技術(shù)的發(fā)展才步入了實(shí)用化的發(fā)展軌道，由高校以及研究所中的研究者開發(fā)出了******代計(jì)算機(jī)視覺平臺，并且得到了生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)。至此之后國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了快車道，尤其是國外的先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)起到了推波助瀾的作用，使得計(jì)算機(jī)智能識別技術(shù)在各行各業(yè)中都得到了蓬勃的發(fā)展。
目前，國內(nèi)的智能識別技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展走的是以購買和使用國外成熟的軟件平臺根據(jù)實(shí)際需求作二次開發(fā)為主，以少部分自主研發(fā)軟件平臺為輔的發(fā)展路線。比較常見的是將智能識別技術(shù)用于諸如物流行業(yè)的分檢包裝以及電子元器件制造中的線路板質(zhì)量檢測等地方。
在輪轂制造行業(yè)，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)已經(jīng)有了一些相關(guān)的技術(shù)被成功應(yīng)用的例子，如由浙江大學(xué)徐新民等人研發(fā)的輪轂安裝孔形位參數(shù)測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)首先采用 CCD 相機(jī)采集輪轂的圖像數(shù)據(jù)，再利用計(jì)算機(jī)完成圖像數(shù)據(jù)的分析和處理，從中提取測量數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)測量精確度好，測量效率高，能用于測量各種型號的輪轂。
機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)加工線中的應(yīng)用
（為什么要研究機(jī)器視覺技術(shù)）
汽車作為一種交通工具,給人們的生活帶來了日新月異的變化。進(jìn)入二十一世紀(jì),隨著人們汽車消費(fèi)理念日漸成熟,汽車輪毅產(chǎn)業(yè)將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。一方面,由于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家進(jìn)入后工業(yè)經(jīng)濟(jì)時代,部件加工工業(yè)正在逐步向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。汽車作為以批量規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)效益顯著的產(chǎn)品,而汽車輪毅又作為大批量生產(chǎn)的典型產(chǎn)品之一,必然面臨著新的挑戰(zhàn)。另一方面,隨著輪毅產(chǎn)業(yè)需求的繼續(xù)增大,也給我國帶來了加快產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的絕好機(jī)遇。
輪轂形狀識別,作為車輪生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)之一,在過去一直依靠生產(chǎn)線上人工識別完成,工人的勞動程度大,很容易產(chǎn)生視覺疲勞,再加之輪毅生產(chǎn)線速度快等各方面的原因,導(dǎo)致經(jīng)常發(fā)生錯誤識別,識別效率較低。這種主要依靠人工識別輪轂型號的方法缺點(diǎn)有：
1) 長時間工作工人的識別準(zhǔn)確率會降低。
2) 識別效率低，依靠人的測量識別出一個輪轂的型號所需時間比較長。
3) 這種識別方法提高了企業(yè)的生產(chǎn)成本。
導(dǎo)致以往的輪轂形狀識別不能滿足當(dāng)今批量規(guī)模生產(chǎn)這一需求。因此為了提高生產(chǎn)率、降低成本和增加輪轂形狀識別的準(zhǔn)確率，需要結(jié)構(gòu)簡單，識別率高，能夠滿足輪轂自動化生產(chǎn)線要求的辨識系統(tǒng)。
（機(jī)器視覺技術(shù)總體描述）
機(jī)器視覺技術(shù)是一門高新技術(shù),它利用計(jì)算機(jī)對所需檢測的對象的圖像獲得信息,對獲得的信息進(jìn)行理解并且處理以便用于控制、測量與檢測。它的******的特點(diǎn)是速度快、信息量大、功能多。
機(jī)器視覺技術(shù)能夠?qū)?fù)雜目標(biāo)進(jìn)行識別，具有非接觸、精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的檢測與智能分類，汽車輪轂的在線智能識別就是其中非常典型的一種。
機(jī)器視覺技術(shù)在傳統(tǒng)的輪轂成型生產(chǎn)線上的應(yīng)用，提高了其自動化和智能化水平，可以做到毛坯從生產(chǎn)線的一端進(jìn)入，成品從另外一端出來，整個過程基本實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)。從坯料的上料開始，首先通過機(jī)器視覺和圖像處理的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)機(jī)械手抓取輪轂坯料上料，這個過程在以往，是通過工人操作機(jī)械手去抓取輪轂，工作效率低，在給上料機(jī)械手裝上“眼睛”后，機(jī)械手可以自動識別輪轂坯料的位置和數(shù)量，可以高效準(zhǔn)確的抓取輪轂上料。在機(jī)加工的過程中，通過機(jī)器視覺，找到待加工輪轂的氣門孔對應(yīng)的輪輻窗口，找到特征風(fēng)孔的位置后，在加工平臺上實(shí)現(xiàn)特定位置裝夾，然后加工平臺按照機(jī)加工要求旋轉(zhuǎn)，完成鉆孔、車削等機(jī)加工。
（應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)帶來的好處）
機(jī)器視覺技術(shù)主要通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能，但是它不僅具有人眼的視覺功能，更重要的是還具有人大腦的分析和理解的功能。機(jī)器視覺技術(shù)在輪轂制造業(yè)中有著良好的發(fā)展前景和應(yīng)用價值，它可以替代人工來解決輪轂生產(chǎn)過程中輪轂的形狀識別問題以及檢測氣門孔后自動定位的問題。
機(jī)器視覺技術(shù)有其顯著的優(yōu)點(diǎn)即提高了生產(chǎn)率,降低了成本,提升產(chǎn)品質(zhì)量以及保證了產(chǎn)品的安全性,使生產(chǎn)線自動化程度大幅度提升。
將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用在汽車輪轂成型生產(chǎn)線上，符合工業(yè)應(yīng)用的要求，改變了傳統(tǒng)輪轂生產(chǎn)線的模式，推廣了機(jī)器視覺、圖像處理技術(shù)和模式識別在制造行業(yè)的應(yīng)用。因此，在汽車輪轂成型工藝完善發(fā)展的同時，引入機(jī)器視覺在輪轂成型生產(chǎn)線上的應(yīng)用有很大的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價值。
（機(jī)器視覺技術(shù)的關(guān)鍵問題和技術(shù)）
輪轂圖像的預(yù)處理技術(shù)
圖像預(yù)處理為改善圖像質(zhì)量的處理,指按需求對圖像變換從而突出某些有用的信息,并且去除或者削弱沒有用的信息,比如說二值化處理、圖像去噪等等。
一方面,輪毅輪廓邊緣處存在一些毛刺,是因?yàn)檩喴阍谥圃爝^程中采用鑄造技術(shù),這是不可避免地。在對輪毅成像之后,毛刺就將會形成無用的信息,因此影響了分類識別的結(jié)果。另一方面,因?yàn)檩喴愠上襁^程中會受到傳送帶震、動光照等影響,所以會產(chǎn)生局部模糊、圖像灰度不均勻等現(xiàn)象。在matlab環(huán)境下,針對輪毅圖像中存在的這些問題,采用中值濾波方法能夠達(dá)到比較好的圖像處理效果。考慮到能更方便的對后續(xù)特征進(jìn)行提取,運(yùn)用全局閡值法對輪毅圖像進(jìn)行了分割操作,獲得了很好的分割效果。該方法將輪毅目標(biāo)有效地從背景中提取出來,為后面的特征提取和分析提供了依據(jù)。
首先通過將輪轂的原圖像減掉輪轂的背景圖象，去掉了輪轂圖像背景的干擾；其次從輪轂圖像的四周向中間掃描圖像的像素，選取一個合適的閾值使輪轂?zāi)繕?biāo)圖像從整幅圖像中裁剪出來；再次采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的方法對二值化的輪轂圖像進(jìn)行去噪；******采用區(qū)域生長法、圓碰撞法和最小二乘擬合法尋找輪轂圖像的圓心。經(jīng)過圖像的預(yù)處理，為特征提取做了很好的鋪墊，有了輪轂的特征就可以很容易的識別出輪轂的型號。
輪轂圖像特征提取和分類技術(shù)
首先通過二值形態(tài)學(xué)進(jìn)行邊緣檢測,為了得到輪廓圓半徑這個重要的特征,采用選點(diǎn)擬合法得到該圓在圖像坐標(biāo)系下的方程來獲得。運(yùn)用二值形態(tài)學(xué)方法提取并計(jì)算得到了輪毅中心是否有孔洞、輪毅周邊孔洞個數(shù)、輪毅中心孔洞面積與輪毅面積之比、輪毅周邊孔洞面積與輪毅面積之比等特征。利用多參數(shù)的綜合實(shí)現(xiàn)了輪轂型號的辨識。 在得到輪轂圖像的特征后，采用旋轉(zhuǎn)模板匹配發(fā)，完成輪轂的分類。采用此方法每個輪轂需旋轉(zhuǎn) 360 度得到的360個相似度數(shù)據(jù)，求這 360 個數(shù)據(jù)的******值比較費(fèi)時。如何在不影響相似度準(zhǔn)確性的前提下，盡量縮短程序運(yùn)行的時間，滿足生產(chǎn)線高節(jié)拍的要求。
采取的具體步驟是：首先選擇一個比較大的角度間隔匹配求取相似度，先求得******的相似度所在的大致位置，然后再選取一個比較小的角度間隔匹配來求得******的相似度所在具體的位置，由此也就可以得到******的相似度值。這種計(jì)算相似度的方法程序的運(yùn)行時間可以縮短幾倍，大大的改善了程序的運(yùn)行效率。
（3）偏距識別技術(shù)
偏距指的是輪轂邊緣所在的水平面到輪轂中間裝配水平面的垂直距離，有的輪轂只有偏距相差兩毫米，其他的完全相同，所以僅僅依靠多參數(shù)的綜合識別是不能識別出這種輪轂的型號，還需要偏距識別。采用輪轂上面圖像和下面激光測距相結(jié)合的方法，保證了系統(tǒng)的魯棒性，增強(qiáng)了系統(tǒng)識別的準(zhǔn)確性。
（4）氣門孔檢測技術(shù)
銑孔前，采用視覺識別毛坯孔方位，調(diào)整轉(zhuǎn)角，使得銑削余量分布均勻，確保打出來的孔的軸線位置精度和孔的形狀精度一致性。
首先采集氣門孔的圖像，然后對圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，去除噪聲與其它干擾信息，采用Robert算子對氣門孔邊緣進(jìn)行檢測。氣門孔的識別是輪轂定位的依據(jù)，攝像機(jī)的位置固定在輪轂的正上方采集旋轉(zhuǎn)輪轂的圖像，要求輪轂的氣門孔在上方，當(dāng)攝像機(jī)采集得到的圖像中檢測到氣門孔時，就表示氣門孔達(dá)到要求位置。這樣就保證了輪轂進(jìn)行下一步加工前的位置。