CN104266589A - 一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机及其检测算法 - Google Patents

Abstract

本发明属于检测工具技术领域，提供了大型汽车零部件视觉自动化检测专机及其检测算法，包括机架以及设置在机架上的工作台，工作台上设置有产品治具固定装置，工作台上分别设置有视觉自动检测装置、横向驱动装置以及内外驱动装置，视觉自动检测装置位于工作台的上端并对准产品治具固定装置，横向驱动装置和内外驱动装置分别带动视觉自动检测装置做横向检测运动和内外检测运动。本发明的优点在于利用视觉自动检测装置，进行大型汽车零部件自动化检测，可以实现在产品上多个位置尺寸连续检测，并能进行数据采集和进行CPK分析，检测效率高，精度精确，方便快捷。

Description

一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机及其检测算法

技术领域

本发明属于检测工具技术领域，涉及一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机及其检测算法。

背景技术

大型汽车零部件的整体形状较大(如天窗导轨等产品)，尺寸要求高，主要需要检测各个孔位尺寸以及缺口尺寸)，有时需要全检，高端客户还需要计算CPK(制程能力指数)，尤其在生产大客户厂商的产品时，客户要求计算过程能力，而传统检测方法检测非常不方便，现在的检测方法是通常只能检测固定位置的尺寸，而不能同时检测多个位置的尺寸，或者通过将产品固定在检具上，用手工进行检测，一般需要2个人一起检测，一人读数，一人记录，效率低下，精度不高，检测非常不方便等缺点，数据的采集和计算都是人工完成，同时计算CPK还需要大量的后续工作，因此设计了一种既能快速检测大型汽车零部件关键尺寸，又能减少员工的检测方法的工装。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，而提供一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机，该专机检测效率高，精度精确，可以实现在产品上多个位置尺寸检测问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机，包括机架以及设置在机架上的工作台，其特征在于，所述的工作台上设置有产品治具固定装置，所述的工作台上分别设置有视觉自动检测装置、横向驱动装置以及内外驱动装置，所述的视觉自动检测装置位于工作台的上端并对准产品治具固定装置，所述的横向驱动装置和内外驱动装置分别带动视觉自动检测装置做横向检测运动和内外检测运动。

为优化上述方案采取的措施具体包括：

在上述的一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机中，所述的横向驱动装置包括主体固定板、第一横向导轨、横向驱动气缸、第一运动块以及第一光栅尺，所述的视觉自动检测装置和内外驱动装置一起安装在主体固定板上，所述的第一运动块与主体固定板相固定，第一运动块套在第一横向导轨上，在横向驱动气缸的驱动下第一运动块能够沿第一横向导轨左右运动，所述的第一光栅尺设置在第一横向导轨的背面上。

在上述的一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机中，所述的横向驱动装置还包括有第二横向导轨和第二运动块，所述的第二横向导轨与第一横向导轨平行排列，所述的第二运动块与主体固定板相固定，第二运动块套在第二横向导轨上并能够沿第二横向导轨左右运动。

在上述的一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机中，所述的内外驱动装置包括上固定板、内外导轨、内外驱动气缸、内外运动块以及第二光栅尺，所述的视觉自动检测装置整体设置在上固定板上，所述的内外运动块与上固定板相固定，内外运动块套在内外导轨上，在内外驱动气缸的驱动下内外运动块能够沿内外导轨内外运动，所述的第二光栅尺设置在内外导轨的侧面上。

在上述的一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机中，所述的视觉自动检测装置包括采集摄像头、摄像头固定支架、光源固定架以及光源件，所述的采集摄像头固定在摄像头固定支架，光源固定架固定在摄像头固定支架下端，在光源固定架设置有供采集摄像头照射穿过的开孔，所述的光源件固定在光源固定架的下端。

在上述的一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机中，所述的产品治具固定装置上具有固定平台、限制块以及位置调整装置，所述的固定平台的前端以及右端均设置位置调整装置。

为了保证检测数据的准确性，本发明还提供了一种大型汽车零部件视觉自动化检测算法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机的检测算法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：数据采集，取多组多组标准量块作为拟合高度曲线的源数据，利用数据拟合曲线的方式，获得在该区间内的数据曲线，作f(x)＝a₁x^m+…+a_mx+a_m+1多项式拟合，设定x为镜头到产品的距离，f(x)为像素点数据，利用已有程序a＝polyfit(x,y,m)，其中a＝[a₁,…a_m,a_m+1]，得到一个数组，x,y为给定的数组，m为拟合的多项式次数，从而求出a₀,a₁,…a_n的值；

第二步：通过MATLAB软件进行曲线拟合之后，得到的数据函数为：

f(x)＝7.0081e-010x⁸-1.4539e-007x⁷+1.2564e-005x⁶+-5.8109e-004x⁵

+0.0153x⁴-0.2187x³+1.3658x²，从而得出x镜头到产品的距离与f(x)像素点数据的关系式。

与现有技术相比，本发明的优点在于利用视觉自动检测装置，进行大型汽车零部件自动化检测，可以实现在产品上多个位置尺寸连续检测，并能进行数据采集和进行CPK分析，检测效率高，精度精确，方便快捷。

附图说明

图1是本大型汽车零部件视觉自动化检测专机的整体结构示意图。

图2是本实施例所举例的天窗导轨结构示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

图中，天窗导轨1；机架2；工作台3；产品治具固定装置4；横向驱动装置5；内外驱动装置6；采集摄像头7；摄像头固定支架8；光源固定架9；光源件10；开孔11；固定平台12；限制块13；位置调整装置14；主体固定板15；第一横向导轨16；横向驱动气缸17；第一运动块18；第一光栅尺19；第二横向导轨20；第二运动块21；上固定板22；内外导轨23；内外驱动气缸24；内外运动块25；第二光栅尺26；按钮27；视觉自动检测装置28。

如图2所示，为本申请所举例的一种大型汽车零部件-天窗导轨1，可以看出该天窗导轨1上整体形状较大，且在不同位置上具有多个孔位和缺口，本大型汽车零部件视觉自动化检测专机正是为像天窗导轨1等产品而设计的。

如图1所示，本大型汽车零部件视觉自动化检测专机，包括机架2以及设置在机架2上的工作台3，工作台3上设置有产品治具固定装置4，工作台3上分别设置有视觉自动检测装置28、横向驱动装置5以及内外驱动装置6，视觉自动检测装置28位于工作台3的上端并对准产品治具固定装置4，横向驱动装置5和内外驱动装置6分别带动视觉自动检测装置28做横向检测运动和内外检测运动。

具体来说，视觉自动检测装置28包括采集摄像头7、摄像头固定支架8、光源固定架9以及光源件10，采集摄像头7固定在摄像头固定支架8，光源固定架9固定在摄像头固定支架8下端，在光源固定架9设置有供采集摄像头7照射穿过的开孔11，光源件10固定在光源固定架9的下端，这里光源件10可以提供照明，方便采集摄像头7准确采集数据，产品治具固定装置4上具有固定平台12、限制块13以及位置调整装置14，固定平台12的前端以及右端均设置位置调整装置14，通过位置调整装置14可以根据实际需要，更好的固定待检测的产品，横向驱动装置5包括主体固定板15、第一横向导轨16、横向驱动气缸17、第一运动块18以及第一光栅尺19，视觉自动检测装置28和内外驱动装置6一起安装在主体固定板15上，第一运动块18与主体固定板15相固定，第一运动块18套在第一横向导轨16上，在横向驱动气缸17的驱动下第一运动块18能够沿第一横向导轨16左右运动，第一光栅尺19设置在第一横向导轨16的背面上，这样当第一运动块18左右运动时实际上就是视觉自动检测装置28的左右运动，同时通过第一光栅尺19可以准确的计算实际左右运动后的距离，从而通过计算机测算出检测尺寸，保证数据的准确性，为了保证左右横向运动位置的准确性，横向驱动装置5还包括有第二横向导轨20和第二运动块21，第二横向导轨20与第一横向导轨16平行排列，第二运动块21与主体固定板15相固定，第二运动块21套在第二横向导轨20上并能够沿第二横向导轨20左右运动，这样通过两个横向导轨更能准确的限制左右运动方向；内外驱动装置6包括上固定板22、内外导轨23、内外驱动气缸24、内外运动块25以及第二光栅尺26，视觉自动检测装置28整体设置在上固定板22上，内外运动块25与上固定板22相固定，内外运动块25套在内外导轨23上，在内外驱动气缸24的驱动下内外运动块25能够沿内外导轨23内外运动，第二光栅尺26设置在内外导轨23的侧面上，这样当第二运动块21内外运动时实际上就是视觉自动检测装置28的内外运动，同时通过第二光栅尺26可以准确的计算实际内外运动后的距离，从而通过计算机测算出检测尺寸，保证数据的准确性。

本大型汽车零部件视觉自动化检测专机的主要工作原理如下：

首先将举例的天窗导轨1固定到固定平台12上，然后通过位置调整装置14对其端部进行调节固定，然后启动按钮27后，横向驱动气缸17的驱动下第一运动块18沿第一横向导轨16左右运动，同时内外驱动气缸24的驱动下内外运动块25能够沿内外导轨23内外运动，这样就可以将采集摄像头7移动到所需检测的位置，并通过第一光栅尺19和第二光栅尺26计算出检测尺寸后输送到计算机内，当一个位置检测后再移动到下一个位置进行检测，完成所有位置检测后将数据自动保存和计算。

发明还提供了一种大型汽车零部件视觉自动化检测算法，这里汽车零部件视觉自动化检测专机中，只有一个相机，因此只能检测到平面上的特征，而给定的产品具有一定的高度，同样的特征当被摆在不同的高度时，其检测的结果是不一致的，这是由于物距不同，导致经过镜头后成像的结果不一致，焦距是固定不变的，成像区域也是固定不变的，因此主要的差异在于离镜头近的物体所成的像较大，而远的物体所成的像较小，也就影响了实际的检测精度。

由于镜头的最小工作距离是115mm，而相机镜头距检测平台约320mm左右，我们需要的高度数据在16～185mm之间，而在检测产品时，产品的最高点是44mm，即所取的区间只要大于50mm即可，利用数据拟合曲线的方式，获得在该区间内的数据曲线。

数据拟合是指给定所有的数据点，要求生成的曲线反应对象整体的变化趋势，而不要求曲线通过所有数据点，若要求所有点都在曲线上，即是插值问题，在该设备中由于要检测多个高度值情况下的特征点，因此需要使用函数插值法来构造一个函数作为高度曲线近似。

多项式拟合的一般方法可归纳为以下几步：

(1)由已知数据画出函数粗略的图形——散点图，确定拟合多项式的次数n；

(2)列表计算和

(3)写出正规方程组，求出a₀,a₁,…a_n；

(4)写出拟合多项式 $p_n\left(x\right)=\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{x}^k$

在实际应用中，n<m或n<＝m；当n＝m时所得的拟合多项式就是拉格朗日或牛顿插值多项式。

我们取了多组标准量块作为我们拟合高度曲线的源数据，以下是我们采取的数据表单:

X(cm)	44	40	36	32	30	24	20	16
									Y(piex)	350.730	344.712	340.498	337.143	331.519	328.133	324.339	319.550

设定x为镜头到产品的距离，f(x)为像素点数据，使用MATLAB进行多项式拟合，作f(x)＝a₁x^m+…+a_mx+a_m+1多项式拟合,可利用已有程序a＝polyfit(x,y,m)，其中a＝[a₁,…a_m,a_m+1]，得到一个数组，x,y为给定的数组，m为拟合的多项式次数。由于描点之后，我们认为该曲线为高次函数，因此我们定义多项式为f(x)＝a₁x⁸+…+a_mx+a_m+1，通过MATLAB软件进行曲线拟合之后，我们得到的数据函数为：

f(x)＝7.0081e-010x⁸-1.4539e-007x⁷+1.2564e-005x⁶+-5.8109e-004x⁵

+0.0153x⁴-0.2187x³+1.3658x²

高度曲线精度验证：在我们求得高度曲线之后，需要验证其精度究竟如何，因此我们又取了一些标准块，带入高度曲线之中。经过我们的验证，误差保持在0.001mm～0.003mm之内。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神所定义的范围。

Claims (7)

1.一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机，包括机架以及设置在机架上的工作台，其特征在于，所述的工作台上设置有产品治具固定装置，所述的工作台上分别设置有视觉自动检测装置、横向驱动装置以及内外驱动装置，所述的视觉自动检测装置位于工作台的上端并对准产品治具固定装置，所述的横向驱动装置和内外驱动装置分别带动视觉自动检测装置做横向检测运动和内外检测运动。

2.根据权利要求1所述的一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机，其特征在于，所述的横向驱动装置包括主体固定板、第一横向导轨、横向驱动气缸、第一运动块以及第一光栅尺，所述的视觉自动检测装置和内外驱动装置一起安装在主体固定板上，所述的第一运动块与主体固定板相固定，第一运动块套在第一横向导轨上，在横向驱动气缸的驱动下第一运动块能够沿第一横向导轨左右运动，所述的第一光栅尺设置在第一横向导轨的背面上。

3.根据权利要求2所述的一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机，其特征在于，所述的横向驱动装置还包括有第二横向导轨和第二运动块，所述的第二横向导轨与第一横向导轨平行排列，所述的第二运动块与主体固定板相固定，第二运动块套在第二横向导轨上并能够沿第二横向导轨左右运动。

4.根据权利要求3所述的一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机，其特征在于，所述的内外驱动装置包括上固定板、内外导轨、内外驱动气缸、内外运动块以及第二光栅尺，所述的视觉自动检测装置整体设置在上固定板上，所述的内外运动块与上固定板相固定，内外运动块套在内外导轨上，在内外驱动气缸的驱动下内外运动块能够沿内外导轨内外运动，所述的第二光栅尺设置在内外导轨的侧面上。

5.根据权利要求4所述的一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机，其特征在于，所述的视觉自动检测装置包括采集摄像头、摄像头固定支架、光源固定架以及光源件，所述的采集摄像头固定在摄像头固定支架，光源固定架固定在摄像头固定支架下端，在光源固定架设置有供采集摄像头照射穿过的开孔，所述的光源件固定在光源固定架的下端。

6.根据权利要求5所述的一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机，其特征在于，所述的产品治具固定装置上具有固定平台、限制块以及位置调整装置，所述的固定平台的前端以及右端均设置位置调整装置。

7.一种大型汽车零部件视觉自动化检测专机的检测算法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：数据采集，取多组多组标准量块作为拟合高度曲线的源数据，利用数据拟合曲线的方式，获得在该区间内的数据曲线，作f(x)＝a₁x^m+…+a_mx+a_m+1多项式拟合，设定x为镜头到产品的距离，f(x)为像素点数据，利用已有程序a＝polyfit(x,y,m)，其中a＝[a₁,…a_m,a_m+1]，得到一个数组，x,y为给定的数组，m为拟合的多项式次数，从而求出a₀,a₁,…a_n的值；

第二步：通过MATLAB软件进行曲线拟合之后，得到的数据函数为：

f(x)＝7.0081e-010x⁸-1.4539e-007x⁷+1.2564e-005x⁶+-5.8109e-004x⁵

+0.0153x⁴-0.2187x³+1.3658x²，从而得出x镜头到产品的距离与f(x)像素点数据的关系式。