CN103017680A - 一种汽车主安全气囊装配轮廓尺寸的检测方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种汽车主安全气囊装配轮廓尺寸的检测方法及设备。属测量学，用于气囊装配轮廓的尺寸精度检测，克服现有方法存在的成本高、难度大、影响因素多、效率低等缺点。检测法包括：A、制作合格汽车主安全气囊装配轮廓图像数字化模板；B、待检气囊装配轮廓图像数字化转换；C、待检件数字化图像与合格件数字化图像模板匹配，得结果。检测设备包括工作台面、支撑台面的框架或箱体、安装台面上的气囊定位固定机构、固定在台面或框架上的摄像头支架，安装在支架上端、位于承载台面上方的摄像头和光源、安装在框架或支架或台面上的图像处理模块、运算模块及工作电源。本发明的积极效果是高效、快速、准确地对汽车安全气囊轮廓尺寸进行检测，适合工业生产流水线在线检测。

Description

一种汽车主安全气囊装配轮廓尺寸的检测方法及设备

技术领域

本发明属于测量学，具体涉及产品特定周边精度的检测。

背景技术

汽车安全气囊已逐渐经成为现代汽车必备的辅助安全防护配件之一。在汽车安全气囊与其承载装置的安装过程中，安全气囊安装（外围）轮廓的制造精度不仅影响汽车内饰件的外观质量，还影响着气囊应急使用性能。因此，对汽车安全气囊装配轮廓的精度检测成为其制成后或装车前不可缺少的工序。此外，由于汽车制造厂商对汽车内饰件外表美观的追求，很多厂家生产的安全气囊外围装配轮廓并不是规则图形，导致安全气囊轮廓检测成本高、检测难度大等缺点。目前，安全气囊轮廓精度检测多为抽检，难免有超差的产品被装在车上，以往的检测方法主要有三坐标检测法、检具检测法，检测过程受人为因素影响较大，并且检测效率低（检具法超过10分钟，三坐标法超过1个小时）、检测成本高且精度较低，不适合生产流水线在线检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车主（位于驾驶人正前方）安全气囊装配轮廓尺寸的检测方法及设备。用于该类气囊装配轮廓的尺寸精度检测，克服现有检测方法中存在的检测成本高、难度大、人为因素影响多、效率低等缺点。

本发明中汽车主安全气囊装配轮廓精度检测法包括以下步骤：

A、制作合格汽车主安全气囊装配轮廓图像数字化模板

a、将一合格汽车主安全气囊采用固定机构固定，

b、利用高速摄像头获取汽车主安全气囊装配轮廓照片，

c、将主安全气囊照片进行图像规格化、图像二值化、图像轮廓提取的数字处理过程，并将经数字处理后的气囊轮廓图片作为合格气囊模板；

B、待检气囊装配轮廓图像数字化转换

a、将待检测汽车主安全气囊采用安全气囊固定机构固定，

b、利用高速摄像头获取汽车主安全气囊照片，

c、将待检主安全气囊照片进行图像规格化、图像二值化、图像轮廓提取的数字处理过程，其所选的运算方法同合格气囊模板图像数字化运算；

C、待检件数字化图像与合格件数字化图像模板匹配，得出合格或不合格的结果。

比对及运算方法是：

设经图像轮廓提取后的气囊图像模板T（M x N）叠放在待检测图像S（W x H）上平移，被模板覆盖搜索图下的那个图像叫做子图S ^i,j ，(i, j) 为这块子图的左上角像素点在待检测图像中的坐标，现在可以比较T 和S ^i,j 的内容，若两者一致，则T 和S 之差（D（i，j））为零，因此可用下式来衡量T 和S ^i,j 的相似度。设模板与待测图像重叠的区域一点坐标为（m，n），则：

公式展开后，得到：

其中，第一项表示模板覆盖下的子图能量，随着(i, j)的位置缓慢的改变；第二项表示待测子图与模板的相互关系，随着（i，j）的改变而改变，T 和S ^i,j ，匹配时该项值最大。第三项表示模板总能量，是一个与（i, i）无关的常数。因此，也可以用下式来进行相似性测定：

最终归一化上式来表示模板匹配的结果，

显然当R(i，j)为1 时，二者完全重合，但是实际应用中，由于图像噪声等造成的误差使其值不可能为1，阀值应在0.8～1范围内选择。

按照给定的相似度（R(i,j)）判定汽车安全气囊轮廓尺寸是否合格，合格给出OK标识，否则给出NG标识；

其中，气囊图像规格化的目的是解决汽车安全气囊图像在拍摄的过程中，由于外界环境光的影响，往往造成所获取的气囊图像的对比度较差、灰度范围不一致。为了将不同的气囊图像的平均灰度、方差、对比度等统计特性指标调整到统一的范围，使不同的气囊图像具有相同的灰度均值和方差，需要对源气囊图像进行数学变换，即图像的规格化。

本发明中汽车主安全气囊合格件与待检件照片的图像规格化和二值化的运算方法，在数学上有多种可供选择的计算方法，如OSTU算法、Kapur算法、Bernsen算法、kamel-zhao算法、White与Rohrer动态阈值算法、迭代法等。

本发明的汽车主安全气囊轮廓检测设备包括工作台面、支撑台面的框架或箱体、安装台面上的气囊定位固定机构、固定在台面或框架上的摄像头支架，安装在支架上端、位于承载台面上方的摄像头和光源、安装在框架或支架或台面上的图像处理模块、运算模块及工作电源组成。

以上为本发明检测设备基本技术方案。

本发明中进一步完善的技术方案给出的的气囊定位固定机构包括竖直方向定位机构和水平方向定位机构。

其中的气囊的竖直方向定位机构包括设置在台面上的顶端在同一水平面的数个气囊竖直位置定位柱和两个气囊装配销柱插座；两个气囊装配销插座相对方向的外侧面有横向槽，横向槽连通装配销的竖向插孔，由贯穿横向槽的能嵌入气囊定位销柱环槽的弹性卡丝、顶持弹性卡丝的顶杆、顶杆的另一端经弓形杆铰接连接的操控手柄、操控手柄铰轴座组成气囊定位销柱在插座上的锁定机构。

其中的气囊水平方向的定位、紧固机构由两两相对的四个相同结构的可放松或夹紧气囊的限位装置组成，每个限位装置中包括左右分设的压持气囊的两个挡块、与挡块连接的两根顶杆、固定在台面上的顶杆滑座、顶杆与滑座间的顶杆回位弹簧、以一端推动顶杆的两个杠杆、固定在台面上的杠杆铰轴座、同直线相对设置的两根杠杆推杆、固定在台面上的推杆滑座、夹在两根杠杆推杆之间的楔形滑块、固定在台面上的滑块移动导向套、滑块底与导向套封底之间的回位压簧、滑块推杆、滑块推杆操控手柄、铰接在滑块推杆与操控手柄间的弓形连杆、操控手柄铰轴座。 

为提高监测设备的精准性和制造、使用上的方便，

在台面上增加用螺栓固定的一块底板，在底板上安装气囊放置平台，气囊装配销柱插座与气囊放置平台连体，气囊竖直位置定位柱设在气囊放置平台上，气囊水平方向的定位、紧固机构及竖直方向定位机构中的弹性卡丝的顶杆和顶杆操控手柄安装在底板上。底板上有搬动握柄和底板与台面之间的装配定位销孔。

气囊水平方向定位、紧固机构的工作过程是：推动滑块推杆操控手柄，滑块推杆推移楔形滑块，楔形滑块侧面放松对杠杆推杆的顶持，再经杠杆放松对顶杆的顶持，在顶杆回位弹簧的作用下，顶杆后退，带动挡块退到放松气囊位置，此时可取下或放置气囊。气囊放上后，扳回滑块推杆操控手柄，解除推杆对滑块的挤压，滑块在回位弹簧推动下，向推杆方向移动，滑块侧斜面挤压杠杆推杆，压力最终传递到挡块，重到定位、挤压气囊位置，将气囊固定，并保证每次气囊装入卡紧机构平面坐标的X方向和Y方向一致。即可进行其后的检测过程。

本发明采用的图像采集、图像处理及运算包括摄像头、图像采集模块和图像处理模块。

本发明检测方法的积极效果是高效、快速、准确地对汽车安全气囊轮廓尺寸进行检测，适合工业生产流水线在线检测。

附图说明

图1为本发明检测设备整体结构示意图。

图2为气囊定位机构整体结构图。

图3为气囊竖直方向定位机构中的气囊装配销柱座及锁定机构图。

图4为气囊横向定位机构结构图。

图5为气囊横向定位机构中滑块推杆与操控手柄连接关系图。

图6为检测流程图。

图7为图像处理流程图。

具体实施方式

一、检测设备

参阅图1、本发明的检测设备由本发明的汽车主安全气囊轮廓检测设备包括上端面形成工作台面、下端有地脚3的箱体2、安装台面上的气囊定位固定机构4、固定在台面或框架上的摄像头支架1，安装在支架上端、位于承载台面上方的摄像头6和光源7、安装在框架或支架或台面上的图像处理模块、运算模块及工作电源组成。

参阅图2，气囊定位固定机构包括竖直方向定位机构和水平方向定位机构。气囊定位固定机构装配在一块底板9上，底板9通过螺栓固定在台面上，底板9上有搬动握柄10和底板9与台面之间的装配定位销孔13，在底板9上固定气囊放置平台8。

参阅图2、图3，气囊的竖直方向定位机构包括设置在平台8上的顶端在同一水平面的数个气囊竖直位置定位柱12和两个气囊装配销柱插座11-5；其中，两个气囊装配销插座相对方向的外侧面有横向槽，横向槽连通装配销的竖向插孔，由贯穿横向槽的能嵌入气囊定位销柱环槽的弹性卡丝11-6、顶持弹性卡丝11-6伸出插座11-5的端部的顶杆11-4、顶杆11-4的另一端经弓形杆11-3铰接连接的操控手柄11-2、安装在底板上的操控手柄铰轴座11-1组成气囊定位销柱在插座上的锁定机构。 

参阅图2、图4、图5，气囊水平方向的定位、紧固机构由两两相对的四个相同结构的可放松或夹紧气囊的限位装置组成，限位装置中包括左右分设压持气囊的两个挡块14-1、与挡块连接的两根顶杆14-2、安装在底板上的顶杆滑座14-3、顶杆与滑座间的顶杆回位弹簧14-4、以端部推动顶杆的两个杠杆14-5、安装在底板上的杠杆铰轴座14-6、同直线相对设置的两根杠杆推杆14-8、安装在底板上的推杆滑座14-7、夹在两根杠杆推杆之间的楔形滑块14-10，安装在底板上的滑块移动导向套14-9、滑块底与导向套封底之间的回位压簧14-11、滑块推杆14-12，滑块推杆操控手柄14-13、铰接在滑块推杆与操控手柄间的弓形连杆14-15、安装在底板上的操控手柄的铰轴座14-14。 

本实施例中选用松下摄像头、松下PV200图像处理器、光源采用OPT AP1024-2，算法实现：采用Microsoft Visual C++ 6.0实现。

   二、气囊装配轮廓尺寸的检测

   参阅图1、图6、图7，

A、制作合格汽车主安全气囊装配轮廓图像数字化模板。

a、将一合格汽车主安全气囊5固定在固定机构4上；

b、开启光源7，用高速摄像头6获取汽车主安全气囊5的装配轮廓照片；

c、将主安全气囊照片进行图像规格化、图像二值化、图像轮廓提取等几个数字图像处理过程，并将经图像处理后的气囊轮廓图片作为气囊模板。

本实施例中图像规格化运算，具体运算步骤为：

设主安全气囊照片具有M行N列个像素点，为某一点

的初始灰度值，

和

分别代表源气囊图像的灰度均值和灰度方差，是规格化后点

的灰度。图像规格化的计算方法如下：

      

其中，

                       

                      

式中，

是预先设定的规格化后的图像灰度均值和方差，这里两者均取100(选用范围为50～200)。

对于主安全气囊照片中的每一个像素点均进行上述计算，则可以得到规格化的气囊图片矩阵M*N。

本实施例中图像二值化的运算采用迭代法，具体运算步骤为：

气囊照片具有M行N列个像素点，

为某一点经过图像规格化后的灰度值，为该点经过二值化后的灰度值，设二值化阀值为T则：

而阀值的选择采用迭代法，具体算法如下：

首先选取气囊图像灰度范围的均值

作为初始值T₀，然后按照下式进行迭代，

式中，k为灰度值；

h_k为灰度为k值的像素个数；

      L为不同灰度的数量；

迭代一直进行到T_i+1=T_i时结束，取结束时的T_i为阀值T。

本实施例中二值化后的图像照片图像轮廓提取的过程为：

设

为二值化后气囊照片中的某一像素点，以

为中心的3×3领域上计算x方向和y方向的偏导数具体过程如下：

式中，

和

由下式计算：

因此

和可以分别用下式表示：

           

选择合适的阀值TH，提取图像边缘点：

此处选择TH值为150（范围50-200）

B、检测待检气囊装配轮廓数字化转换。

a、将待检测汽车主安全气囊5固定在气囊固定机构4上；

b、开启光源7，用高速摄像头6获取汽车主安全气囊5的照片；

c、将待检主安全气囊照片进行图像规格化、图像二值化、图像轮廓提取等几个数字图像处理过程。

其中，图像规格化、图像二值化、图像轮廓提取的数字图像处理过程与制作合格汽车主安全气囊装配轮廓图像数字化模板的过程相同，取值也相同，这里不再累赘。

C、待检件数字化图像合格件与数字化图像模板匹配，对得出合格或不合格的结果，

气囊图像的模板匹配就是事先给定一副标准的气囊图像，然后到待检测图像中寻找待匹配的图像，如果两个图像完全一致，则匹配成功。

设经图像轮廓提取后的气囊图像模板T（M x N）叠放在待检测图像S（W x H）上平移，被模板覆盖搜索图下的图像叫做子图S ^i,j ，(i, j) 为这块子图的左上角像素点在待检测图像中的坐标，现在可以比较T 和S ^i,j 的内容，若两者一致，则T 和S 之差（D（i，j））为零，因此可用下式来衡量T 和S ^i,j 的相似度。设模板与待测图像重叠的区域一点坐标为（m，n），则：

公式展开后，得到：

其中，第一项表示模板覆盖下的子图能量，随着(i, j)的位置缓慢的改变；第二项表示待测子图与模板的相互关系，随着（i，j）的改变而改变，T 和S ^i,j ，匹配时该项值最大。第三项表示模板总能量，是一个与（i, i）无关的常数。因此，也可以用下式来进行相似性测定：

最终归一化上式来表示模板匹配的结果，

显然当R(i，j)为1 时，二者完全重合，但是实际应用中，由于图像噪声等造成的误差使其值不可能为1，因此我们可以选择阀值为0.97（选择范围为0.8～1）。

按照给定的相似度判定汽车安全气囊轮廓尺寸是否合格。合格给出OK标识，否则给出NG标识。

Claims (5)

1.一种汽车主安全气囊装配轮廓尺寸的检测方法，其特征是包括以下步骤：

A、制作合格汽车主安全气囊装配轮廓图像数字化模板；

a、将一合格汽车主安全气囊用固定机构固定，

b、利用高速摄像头获取汽车主安全气囊装配轮廓照片，

c、将主安全气囊照片进行图像规格化、图像二值化、图像轮廓提取的数字处理过程，并将经数字处理后的气囊轮廓图片作为合格气囊模板；

B、待检气囊装配轮廓图像数字化转换；

a、将待检测汽车主安全气囊采用安全气囊固定机构固定，

b、利用高速摄像头获取汽车主安全气囊照片，

c、将待检主安全气囊照片进行图像规格化、图像二值化、图像轮廓提取的数字处理过程，其所选的运算方法同合格气囊模板图像数字化运算；

C、待检件数字化图像与合格件数字化图像模板匹配，得出合格或不合格的结果；

比对及运算方法是：

设经图像轮廓提取后的气囊图像模板T（M x N）叠放在待检测图像S（W x H）上平移，被模板覆盖搜索图下的那个图像叫做子图S ^i,j ，(i, j) 为这块子图的左上角像素点在待检测图像中的坐标，现在可以比较T 和S ^i,j 的内容，若两者一致，则T 和S 之差（D（i，j））为零，因此可用下式来衡量T 和S ^i,j 的相似度；

设模板与待测图像重叠的区域一点坐标为（m，n），则：

公式展开后，得到：

其中，第一项表示模板覆盖下的子图能量，随着(i, j)的位置缓慢的改变；第二项表示待测子图与模板的相互关系，随着（i，j）的改变而改变，T 和S ^i,j ，匹配时该项值最大；

第三项表示模板总能量，是一个与（i, i）无关的常数；

因此，也可以用下式来进行相似性测定：

最终归一化上式来表示模板匹配的结果，

显然当R(i，j)为1 时，二者完全重合，但是实际应用中，由于图像噪声等造成的误差使其值不可能为1，阀值应在0.8～1范围内选择；

按照给定的相似度（R(i,j)）判定汽车安全气囊轮廓尺寸是否合格，合格给出OK标识，否则给出NG标识。

2.一种汽车主安全气囊装配轮廓尺寸的检测设备，其特征是：包括工作台面、支撑台面的框架或箱体、安装台面上的气囊定位固定机构、固定在台面或框架上的摄像头支架，安装在支架上端、位于承载台面上方的摄像头和光源、安装在框架或支架或台面上的图像处理模块、运算模块及工作电源。

3.根据权利要求2所述的一种汽车主安全气囊装配轮廓尺寸的检测设备，其特征是：所说的气囊定位固定机构包括竖直方向定位机构和水平方向定位机构；

其中的气囊的竖直方向定位机构包括设置在台面上的顶端在同一水平面的数个气囊竖直位置定位柱和两个气囊装配销柱插座；其中，两个气囊装配销插座相对方向的外侧面有横向槽，横向槽连通装配销的竖向插孔，由贯穿横向槽的能嵌入气囊定位销柱环槽的弹性卡丝、顶持弹性卡丝的顶杆、顶杆的另一端经弓形杆铰接连接的操控手柄、操控手柄铰轴座组成气囊定位销柱在插座上的锁定机构；

其中的气囊水平方向的定位、紧固机构由两两相对的四个相同结构的可放松或夹紧气囊的限位装置组成，每个限位装置中包括左右分设的压持气囊的两个挡块、与挡块连接的两根顶杆、固定在台面上的顶杆滑座、顶杆与滑座间的顶杆回位弹簧、以一端推动顶杆的两个杠杆、固定在台面上的杠杆铰轴座、同直线相对设置的两根杠杆推杆、固定在台面上的推杆滑座、夹在两根杠杆推杆之间的楔形滑块、固定在台面上的滑块移动导向套、滑块底与导向套封底之间的回位压簧、滑块推杆、滑块推杆操控手柄、铰接在滑块推杆与操控手柄间的弓形连杆、操控手柄铰轴座。

4.根据权利要求2所述的一种汽车主安全气囊装配轮廓尺寸的检测设备，其特征是： 在台面上增加用螺栓固定的一块底板，在底板上安装气囊放置平台，气囊装配销柱插座与气囊放置平台连体，气囊竖直位置定位柱设在气囊放置平台上，气囊水平方向的定位、紧固机构及竖直方向定位机构中的弹性卡丝的顶杆和顶杆操控手柄安装在底板上；底板上有搬动握柄和底板与台面之间的装配定位销孔。

5.根据权利要求2所述的一种汽车主安全气囊装配轮廓尺寸的检测设备，其特征是：其中的摄像头采用松下摄像头、图像处理模块采用松下PV200图像处理器、光源采用OPT AP1024-2，运算模块采用Microsoft Visual C++ 6.0。

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