CN102890093B - 汽车刹车主缸活塞表面质量机器视觉检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车刹车主缸活塞表面质量机器视觉检测装置，主要包括光学成像装置、机械传动装置和图像处理装置。本发明能实现自动完成活塞表面质量缺陷的快速检测，每个工件的平均检测时间可在3至4秒内完成；能对常见缺陷进行分类；能实现运动控制和图像采集、分析一体化；能实现测量数据实时记录，数据库管理，测量历史数据可以追溯；具备一整套控制和驱动系统，能在工件转动过程中完成活塞表面图像的动态采集；具备一套完整的检测和控制软件，能完成动态采集图像的实时分析，给出表面质量的检测结果。

Description

汽车刹车主缸活塞表面质量机器视觉检测装置

技术领域

本发明涉及的是一种零件加工表面质量检测技术领域的装置，具体地说,涉及的是一种汽车刹车主缸活塞表面质量机器视觉检测装置。

背景技术

刹车主缸活塞是非常重要的汽车零件，关乎汽车的质量和乘车人员的生命安全。由于刹车主缸活塞产量很大，而表面的压坑、划伤其大小、深度与分布位置都是随机的，目前大部分企业对于汽车刹车油缸表面质量的检测，都依靠人的眼睛来观察测量的结果，判断刹车主缸活塞是否合格。这些检测方法劳动强度大，需要不断调整观测角度和光线强度，检测人员容易因疲劳而误判，经验依赖性强，生产效率低，质量得不到很好的保障，因此研发一套依靠机器视觉进行表面质量检测的系统是十分有意义的。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利文献号CN101221134A，记载了一种“计算机视觉技术检测微小轴承表面缺陷的方法及其装置”，该技术利用冷光源通过焦阑镜头使光线垂直照射轴承端面，通过传感器控制数字摄像头拍摄轴承端面图像。但这一检测装置只能检测平面零件表面。

检索中还发现，中国专利文献号CN101799431A，记载了“高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测方法及设备”，其特征在于：在自动化生成线上,将需要检测的罐盖分离成单个罐盖,单个罐盖在传送装置上运动；当罐盖运动到传送装置的检测工位时,成像系统对罐盖高速成像；获取的罐盖图像输送工业计算机并由工业计算机进行处理,对多个检测区域进行质量检测,产生质量判断信号；根据检测结果,位于传送装置剔出工位的剔出装置将不合格产品剔出；合格产品在传送装置上继续运动,经过整形装置后有序地输出。该专利技术不足之处是：由于被检测罐盖在传送装置上不能旋转，因此每次对罐盖高速成像只能获取一部分图像，需要在传送带的不同位置对多个检测区域进行质量检测，不能在同一工位完成检验。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种机器视觉质量检测系统，能自动快速稳定地检测刹车主缸活塞表面质量缺陷，并根据检测结果完成产品分拣，实现运动控制和图像采集、分析一体化。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：电气柜、启动和停止按钮、水平台、遮光保护罩、光学成像装置、机械传动装置、图像处理装置和工作台。其中：电气柜位于工作台的左侧，启动和停止按钮安装于靠近电气柜的一侧，遮光保护罩用铰链固定于工作台上，光学成像装置和机械传动装置通过紧固件固定在水平台上，水平台再通过紧固件固定在工作台上。机械传动装置启动后带动待检测主缸活塞转动,光学成像装置进行主缸活塞图像采集，在主缸活塞转动一周的过程中完成多幅图像的动态采集，并传给图像处理装置进行实时分析检测，并在显示器上显示活塞表面质量的检测结果，给出缺陷产品的缺陷类型，完成产品的分拣。

所述的光学成像装置，包括：直线导轨、数字相机滑块、XY轴数字相机调整座、Z轴数字相机调整座、相机接块、工业数字相机、变焦镜头、光源导杆、上光源位置固定环、上光源姿态调整架、上LED光源、下光源位置固定环、下光源姿态调整架、下LED光源、光源导杆座和光源滑块。其中：变焦镜头通过镜头卡口与工业数字相机连接，工业数字相机用紧固件通过相机接块安装在Z轴数字相机调整座上，Z轴数字相机调整座固定于XY轴数字相机调整座上，XY轴数字相机调整座通过数字相机滑块连接在直线导轨上；上、下两个LED光源分别安装在上、下两套光源姿态调整架上，并通过上、下光源位置固定环，固定在光源导杆上的适当位置，光源导杆固定在光源导杆座内，光源导杆座通过光源滑块连接在直线导轨上。

所述的机械传动装置，包括：机械传动箱、电机同步带轮、驱动电机、同步齿形带、传动轴、上轴承盖、上传动轴承、下传动轴承、下轴承盖和传动轴同步带轮。其中：驱动电机通过紧固件固定在机械传动箱的电机槽内；上传动轴承、下传动轴承穿于传动轴上、下两端，并通过上、下轴承盖固定于机械传动箱的轴承槽内；电机同步带轮和传动轴同步带轮通过同步齿形带连接，并分别固定在驱动电机和传动轴上；整体机械传动箱通过紧固件定位于工作台上。

所述的图像处理装置，包括：用于图像处理的计算机和图像处理软件部分。其中：软件部分包括HMI人机交互软件部分、控制和通讯软件部分和图像检测软件部分。HMI人机交互软件部分包括参数初始化设置、检测校准，检测图像的显示和检测结果显示，检测系统状态显示，报警显示，手动操作，自动操作，数据存储、统计和报表功能；控制和通讯软件部分包括基于总线的PLC通讯程序，检测系统自动动作流程控制，检测系统手动操作动作控制，图像检测运行及停止的控制；图像处理软件部分包括图像定时采集程序，图像增强、低通滤波和平滑去噪程序，图像二值化处理程序，图像轮廓抽取程序，开放式特征样板匹配程序，图像的实时显示程序。

为保证视觉检测的有效，在装置整体装配时，光学成像装置所用直线导轨的中心线需要和机械传动装置的传动轴中心线相交；同时，需要根据不同批次待检测主缸活塞的型号规格，选择对应的检测工件可换连接件，可换连接件安装于传动轴的顶端。

本发明工作时，首先，根据待检测主缸活塞的中心位置和轮廓大小，调整变焦镜头的高度，调整镜头相对待检测主缸活塞的距离，并微调镜头焦距，以确保成像完整清晰。然后，调整上、下LED光源的位置姿态和光源强度，确保入射光线角度适宜，光强均匀适度。接着，盖好遮光保护罩后，即可按动工作台上的绿色启动按钮，进入视觉检测环节。启动后，机械传动装置的驱动电机开始转动，通过电机同步带轮和同步齿形带带动传动轴同步带轮转动，从而带动传动轴及其上面的待检测主缸活塞转动。同时，光学成像装置进行图像采集，在主缸活塞转动一周的过程中完成多幅图像的动态采集，并传给图像处理装置进行实时分析，在显示器上显示活塞表面质量的检测结果，给出缺陷产品的缺陷类型，完成产品的分拣。最后将该主缸活塞取下，安装下一个相同型号的主缸活塞，即可再次按动启动按钮开始检测。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、自动完成活塞表面质量缺陷的快速检测，每个工件的平均检测时间可在3至4秒内完成；

2、能对常见缺陷进行分类；

3、运动控制和图像采集、分析一体化；

4、测量数据实时记录，数据库管理，测量历史数据可以追溯；

5、具备一整套控制和驱动系统，能在工件转动过程中完成活塞表面图像的动态采集；

6、具备一套完整的检测和控制软件，能完成动态采集图像的实时分析，给出表面质量的检测结果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明总体示意图。

图2是本发明的光学成像装置和机械传动装置的主视图。

图3是本发明的机械传动装置的剖视图。

图中：

电气柜1、启动和停止按钮2、水平台3、遮光保护罩4、光学成像装置5、机械传动装置6、图像处理计算机显示器7、图像处理计算机主机8、工作台9；

直线导轨10、数字相机滑块11、XY轴数字相机调整座12、Z轴数字相机调整座13、相机接块14、工业数字相机15、变焦镜头16、光源导杆17、上光源位置固定环18、上光源姿态调整架19、上LED光源20、待检测主缸活塞21、下光源位置固定环22、下光源姿态调整架23、下LED光源24、光源导杆座25、光源滑块26、机械传动装置27；

机械传动箱28、电机同步带轮29、驱动电机30、同步齿形带31、检测工件可换连接件32、传动轴33、上轴承盖34、上传动轴承35、下传动轴承36、下轴承盖37、传动轴同步带轮38。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例提供一种汽车刹车主缸活塞表面质量机器视觉检测装备，包括电气柜1、启动和停止按钮2、水平台3、遮光保护罩4、光学成像装置5、机械传动装置6、图像处理计算机显示器7、图像处理计算机主机8和工作台9。其中：电气柜1位于工作台9的左侧，启动和停止按钮2安装于靠近电气柜1的一侧，遮光保护罩4用铰链固定于工作台9上，光学成像装置5和机械传动装置6通过紧固件固定在水平台3上，水平台3再通过紧固件固定在工作台9上。图像处理计算机显示器7设置在工作台上，图像处理计算机主机8设置在工作台9下方。

如图2所示，所述光学成像装置5包括：直线导轨10、数字相机滑块11、XY轴数字相机调整座12、Z轴数字相机调整座13、相机接块14、工业数字相机15、变焦镜头16、光源导杆17、上光源位置固定环18、上光源姿态调整架19、上LED光源20、下光源位置固定环22、下光源姿态调整架23、下LED光源24、光源导杆座25、光源滑块26。其中：变焦镜头16通过镜头卡口与工业数字相机15连接，工业数字相机15用紧固件通过相机接块14安装在Z轴数字相机调整座13上，Z轴数字相机调整座13固定于XY轴数字相机调整座上12，XY轴数字相机调整座12通过数字相机滑块11连接在直线导轨10上；上LED光源20和下LED光源24分别安装在上光源姿态调整架19和下光源姿态调整架23上，并分别通过上光源位置固定环18和下光源位置固定环22，固定在光源导杆17上的适当位置，光源导杆17通过紧定螺钉固定在光源导杆座25内，光源导杆座25通过光源滑块26连接在直线导轨10上。

如图3所示，所述的机械传动装置6，包括：机械传动箱28、电机同步带轮29、驱动电机30、同步齿形带31、传动轴33、上轴承盖34、上传动轴承35、下传动轴承36、下轴承盖37和传动轴同步带轮38。其中：驱动电机30通过紧固件，固定在机械传动箱28的电机槽内；上传动轴承35和下传动轴承36分别穿于传动轴33上、下两端，并通过上轴承盖34和下轴承盖37固定于机械传动箱28的轴承槽内；电机同步带轮29和传动轴同步带轮38通过同步齿形带31连接，并分别固定在驱动电机30和传动轴33上；整体机械传动箱28通过紧固件定位于工作台9上。

为保证视觉检测的有效，在装置整体装配时，光学成像装置5所用直线导轨10的中心线需要和机械传动装置6的传动轴33中心线相交。

不同型号规格的待检测主缸活塞21的尺寸不同，需设计制作对应的检测工件可换连接件32。检测工件可换连接件32是带台阶的阶梯轴，上端直径与需要匹配的待检测工件内径采用间隙配合，下端直径和传动轴33的顶端内径采用过渡配合。工作时，将匹配的可换连接件32安装于传动轴33的顶端，再将待检测主缸活塞21安装在检测工件可换连接件32的上端。

所述的图像处理装置，包括：用于图像处理的计算机和图像处理软件部分。其中：软件部分包括HMI人机交互软件部分、控制和通讯软件部分和图像检测软件部分。HMI人机交互软件部分包括参数初始化设置、检测校准，检测图像的显示和检测结果显示，检测系统状态显示，报警显示，手动操作，自动操作，数据存储、统计和报表功能；控制和通讯软件部分包括基于总线的PLC通讯程序，检测系统自动动作流程控制，检测系统手动操作动作控制，图像检测运行及停止的控制；图像处理软件部分包括图像定时采集程序，图像增强、低通滤波和平滑去噪程序，图像二值化处理程序，图像轮廓抽取程序，开放式特征样板匹配程序，图像的实时显示程序。其中，图像定时采集程序每秒采集6幅图像保存在6个缓存中，等待读取。缓存中的图像依次通过增强处理，低通滤波，平滑去噪进行图像预处理。通过调整合适的阈值，对已经预处理过的图像接着进行二值化处理。接着利用基于Roberts算子的边缘检测技术进行图像轮廓抽取。然后在已抽取出的轮廓图像中进行多个特征样板匹配，样板个数取决于用户选择。最后将处理后的图像与匹配结果进行整合及实时显示。此软件采用的图像处理技术为现有成熟技术，不再赘述。

本实施例工作时，首先，根据待检测主缸活塞21的中心位置和轮廓大小，调整变焦镜头16的高度，调整镜头相对待检测主缸活塞21的距离，并微调镜头焦距，以确保成像完整清晰。然后，上LED光源20和下LED光源24的位置姿态和光源强度，确保入射光线角度适宜，光强均匀适度。接着，盖好遮光保护罩4后，即可按动工作台上的绿色启动按钮2，进入视觉检测环节。启动后，机械传动装置6的驱动电机30开始转动，通过电机同步带轮29和同步齿形带31带动传动轴同步带轮38转动，从而带动传动轴33及其上面的待检测主缸活塞21转动。同时，光学成像装置5进行图像采集，并传给图像处理装置进行分析，在图像处理计算机显示器7上显示分析测量结果，完成产品的分拣。最后将当前待检测主缸活塞21取下，安装下一个相同型号的主缸活塞，即可再次按动启动按钮2开始检测。

本发明能自动完成活塞表面质量缺陷的快速检测，每个工件的平均检测时间可在3至4秒内完成；能对常见缺陷进行分类；实现运动控制和图像采集、分析一体化；实现测量数据实时记录，数据库管理，测量历史数据可以追溯；具备一整套控制和驱动系统，能在工件转动过程中完成活塞表面图像的动态采集；具备一套完整的检测和控制软件，能完成动态采集图像的实时分析，给出表面质量的检测结果。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种汽车刹车主缸活塞表面质量机器视觉检测装置，包括：电气柜、启动和停止按钮、水平台、遮光保护罩、光学成像装置、机械传动装置、图像处理装置和工作台，其特征在于：电气柜位于工作台的左侧，启动和停止按钮安装于靠近电气柜的一侧，遮光保护罩用铰链固定于工作台上，光学成像装置和机械传动装置通过紧固件固定在水平台上，水平台再通过紧固件固定在工作台上；机械传动装置启动后带动待检测主缸活塞转动,光学成像装置进行主缸活塞图像采集，在主缸活塞转动一周的过程中完成多幅图像的动态采集，并传给图像处理装置进行实时分析检测，并在显示器上显示活塞表面质量的检测结果，给出缺陷产品的缺陷类型，完成产品的分拣；

所述的光学成像装置，包括：直线导轨、数字相机滑块、XY轴数字相机调整座、Z轴数字相机调整座、相机接块、工业数字相机、变焦镜头、光源导杆、上光源位置固定环、上光源姿态调整架、上LED光源、下光源位置固定环、下光源姿态调整架、下LED光源、光源导杆座和光源滑块；其中：变焦镜头通过镜头卡口与工业数字相机连接，工业数字相机用紧固件通过相机接块安装在Z轴数字相机调整座上，Z轴数字相机调整座固定于XY轴数字相机调整座上，XY轴数字相机调整座通过数字相机滑块连接在直线导轨上；上、下两个LED光源分别安装在上、下两套光源姿态调整架上，并通过上、下光源位置固定环，固定在光源导杆上的适当位置，光源导杆固定在光源导杆座内，光源导杆座通过光源滑块连接在直线导轨上；

所述的机械传动装置，包括：机械传动箱、电机同步带轮、驱动电机、同步齿形带、传动轴、上轴承盖、上传动轴承、下传动轴承、下轴承盖和传动轴同步带轮；其中：驱动电机通过紧固件固定在机械传动箱的电机槽内；上传动轴承、下传动轴承穿于传动轴上、下两端，并通过上、下轴承盖固定于机械传动箱的轴承槽内；电机同步带轮和传动轴同步带轮通过同步齿形带连接，并分别固定在驱动电机和传动轴上；整体机械传动箱通过紧固件定位于工作台上；

在装置整体装配时，光学成像装置所用直线导轨的中心线需要和机械传动装置的传动轴中心线相交，以保证视觉检测成像准确有效。

2.根据权利要求1所述的汽车刹车主缸活塞表面质量机器视觉检测装置，其特征是，所述的图像处理装置，包括：用于图像处理的计算机和图像处理软件部分；其中：软件部分包括HMI人机交互软件部分、控制和通讯软件部分和图像检测软件部分，HMI人机交互软件部分包括参数初始化设置、检测校准，检测图像的显示和检测结果显示，检测系统状态显示，报警显示，手动操作，自动操作，数据存储、统计和报表功能；控制和通讯软件部分包括基于总线的通讯程序，检测系统自动动作流程控制，检测系统手动操作动作控制，图像检测的控制；图像检测软件部分包括图像采集程序，图像滤波和预处理，图像匹配算法和图像的实时放大和显示。

3.根据权利要求1所述的汽车刹车主缸活塞表面质量机器视觉检测装置，其特征是，所述传动轴的顶端设有检测工件可换连接件，所述检测工件可换连接件根据不同批次待检测主缸活塞的型号规格选择，检测工件可换连接件是带台阶的阶梯轴，上端直径与需要匹配的待检测工件内径采用间隙配合，下端直径和传动轴的顶端内径采用过渡配合。

4.根据权利要求1所述的汽车刹车主缸活塞表面质量机器视觉检测装置，其特征是，根据待检测主缸活塞的中心位置和轮廓大小，调整变焦镜头的高度，调整镜头相对待检测主缸活塞的距离，并微调镜头焦距，以确保成像完整清晰。

5.根据权利要求1所述的汽车刹车主缸活塞表面质量机器视觉检测装置，其特征是，根据待检测主缸活塞的位置和工作场所的灯光，调整上、下LED光源的位置姿态和光源强度，确保入射光线角度适宜，光强均匀适度。

6.根据权利要求1所述的汽车刹车主缸活塞表面质量机器视觉检测装置，其特征是，具备一整套控制和驱动系统，能在工件转动过程中完成活塞表面图像的动态采集。

7.根据权利要求1所述的汽车刹车主缸活塞表面质量机器视觉检测装置，其特征是，所述装置具备一套完整的检测和控制软件，能完成动态采集图像的实时分析，给出表面质量的检测结果。