CN104475350A - 轴承保持器假焊的视觉检测方法 - Google Patents

Abstract

一种轴承保持器假焊的视觉检测方法，在焊接过程中使用一种轴承保持器假焊自动检测装置通过视觉检测来完成轴承保持器假焊检测，所述轴承保持器假焊自动检测装置包括万向调节支架、视觉检测装置、分料装置和同步控制驱动部件，所述视觉检测装置固定在万向调节支架上，视觉检测装置、分料装置均与同步控制驱动部件电连接。利用同步控制驱动部件，驱动焊接后同步控制视觉成像，使视觉装置精确抓取焊接过程中产生的结构光；焊接结构光成像后的图像处理，彩色图像的灰度化，灰度图像的二值化，面积计算并比较阀值，得出焊接保持器是真焊还是假焊；最后利用分料装置剔除假焊保持器，检测精度高保证产品质量。

Description

轴承保持器假焊的视觉检测方法

技术领域

本发明涉及轴承保持器焊接自动生产线中产品产生假焊时的自动检测方法。特别是一种轴承保持器假焊的视觉检测方法。

背景技术

轴承保持器焊接自动生产线，对减少工序流程、提高生产效率，减少劳动力消耗降低生产成本，无疑是有非常的积极意义的。但是，由于受到工艺装备的制造和调整等因素的影响，保持器两端接口的形状和尺寸存在一定程度的偏差，两端接口的接合状态也存在一些差异（见图 8、9），那么这些偏差和差异就影响到，两个焊接点的电阻（并联电阻）值也是存在差别的，又由于焊接电源的总功率是恒定的，所以保器架两个焊接点的焊接牢度和强度也是有差别的。当这种差别达到一定程度时，就产生假焊（见图8、9）。而目前还找不到科学有效的检测方法，在生产中一般只能依靠工人师傅的经验，通过眼睛来发现和剔除存在假焊的成品，假焊的存在会导致保持器焊接口脱开，使轴承不能正常旋转。正是因为存在假焊的状态（即使是概率很低），所以影响了轴承的可靠性。

发明内容

本发明的目的就是利用高分辨率的视觉系统（CCD）同步检测焊接效果，自动剔除假焊成品，杜绝了假焊产品的存在。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种轴承保持器假焊的视觉检测方法，其创新在于：使用一种轴承保持器假焊自动检测装置通过视觉检测来完成轴承保持器假焊检测的，所述轴承保持器假焊自动检测装置包括万向调节支架、视觉检测装置、分料装置和同步控制驱动部件，所述视觉检测装置固定在万向调节支架上，视觉检测装置、分料装置均与同步控制驱动部件电连接。

具体检测方法采用如下步骤：

准备工作：

调整万向调节支架，使得视觉检测装置处于给轴承保持器焊接点拍照的合适位置；

对视觉检测装置初始参数设置：图像的ROI、灰度阀值T（20-100）和面积阀值（400-700）；

轴承保持器弯曲成型，同步控制驱动部件驱动电阻焊接。

检测开始：

a、同步控制驱动部件同步驱动视觉检测装置2采集保持器焊接时产生结构光的整体图像；

b、根据设定的图像ROI，视觉检测装置自动截取需要检测区域的子图像；

c、视觉检测装置自动将彩色子图像灰度化；

d、根据预先设定灰度阀值T，视觉检测装置灰度图像二值化处理；

e、视觉检测装置二值化图像的面积计算，得到白色图像面积计算值和黑色图像面积值；

f、视觉检测装置自动比较白色图像面积计算值与设定面积阀值，得到检测结果，发送给同步控制驱动部件；若白色图像面积计算值小于设定面积阀值，即认为保持器真焊，同步控制驱动部件控制分料装置，使保持器由出料槽的合格品出料口流出；若白色图像面积计算值大于设定面积阀值，即认为保持器假焊，同步控制驱动部件控制分料装置，使保持器由出料槽的废品出料口流出。

所述万向调节支架包括支架安装板、第一连杆、两个夹紧头、第二连杆、第三连杆、视觉检测装置安装板和接头，所述第一连杆与支架安装板固定连接，所述第二连杆设有两个夹紧头，一个夹紧头与第一连杆装连，另一个夹紧头与第三连杆装连，所述第三连杆的一端固定连接有接头，且接头与视觉检测装置安装版装连，视觉检测装置固定装连在视觉检测装置安装板上。

所述分料装置包括分料装置固定脚、分料气缸、出料槽、和分料打板，所述出料槽为方形管，固定装连在分料装置固定脚上，分料气缸与出料槽的一个侧面装连，且分料气缸设有的输出轴穿过出料槽并从相对的另一个侧面穿出，输出轴与出料槽内的分料打板固定连接，所述输出轴从出料槽的另一个侧面穿出处设有废品出料口。

所述视觉检测装置为工业相机。

所述视觉检测装置安装板呈L型，包括相互垂直的视觉平板和接头侧板，其中视觉平板装连视觉检测装置，接头侧板设有两个相互平行的长形孔，所述接头设有两个连接销轴，所述接头通过两个连接销轴与接头侧板的两个长形孔装连。

所述分料打板呈L型，包括相互垂直的分料平板和分料侧板，分料气缸的输出轴与分料平板固定连接，当输出轴向外伸出时，与其装连的分料平板恰好将出料槽的另一个侧面设有的废品出料口堵住，而分料侧板伸出至出料槽外，当输出轴回缩至原始位置，与输出轴装连的分料平板随之退到出料槽的安装分料气缸的一面，而分料侧板堵在出料槽的内孔横截面上。

采用本发明的轴承保持器假焊的视觉检测方法，使用一种轴承保持器假焊自动检测装置通过视觉检测来完成轴承保持器假焊检测的，所述轴承保持器假焊自动检测装置包括万向调节支架、视觉检测装置、分料装置和同步控制驱动部件，所述视觉检测装置固定在万向调节支架上，视觉检测装置、分料装置均与同步控制驱动部件电连接。所述可万向调节支架和分料装置可以直接安装于卷圆成型设备的正前方墙板上，所述视觉检测装置固定在可万向调节支架的最前端，所述同步控制驱动部件安装在设备电控柜内，同步驱动部件主要同步驱动焊接、视觉检测，通过接收视觉检测反馈信号，驱动分料装置。利用高分辨率的视觉系统（CCD），比对正常焊接（无假焊）和非正常焊接（假焊）之间，焊接光的亮度、光面积值等参数，（检测程序和原理见图7），将存在假焊的成品检测出。并通过控制系统和执行机构将其剔出。轴承保持器假焊自动检测装置能在焊接生产时，视觉检测装置同步检测焊接效果，自动剔除假焊成品，杜绝了假焊产品的存在。由于利用万向调节支架，找到了较好的取像窗口；为了在焊接过程中得到一张想要的图像，利用同步控制驱动部件，驱动焊接后同步控制视觉成像，使视觉装置精确抓取焊接过程中产生的结构光；焊接结构光成像后的图像处理，彩色图像的灰度化，灰度图像的二值化，面积计算并比较阀值，得出焊接保持器是真焊还是假焊；最后利用分料装置剔除假焊保持器，保证产品质量，检测精度高。

附图说明

图1是本发明轴承保持器假焊的视觉检测方法的步骤流程图；

图2是本发明所用视觉检测装置的结构示意图；

图3是图2中万向调节支架与视觉检测装置的结构示意图；

图4是图2中分料装置在分料打板打开状态的结构示意图；

图5是图2中分料装置在分料打板关闭状态的结构示意图；

图6是本发明的控制系统图；

图7是本发明的控制信号时序图；

图8是是本发明中被检测的轴承保持器焊接前的结构示意图；

图9是是本发明中被检测的轴承保持器焊接后的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明的轴承保持器假焊的视觉检测方法作进一步详细说明。

被检测产品是10100。

参见附图1～7所示，检测中使用一种轴承保持器假焊自动检测装置按照图1所示轴承保持器假焊的视觉检测方法的步骤流程图，通过视觉检测来完成轴承保持器假焊检测，所述轴承保持器假焊自动检测装置包括万向调节支架1、视觉检测装置2、分料装置3和同步控制驱动部件4，所述万向调节支架1和分料装置3安装于卷圆成型设备的正前方墙板上，所述视觉检测装置2固定在万向调节支架1上，所述同步控制驱动部件4安装在设备电控柜内，视觉检测装置2、分料装置3 均与同步控制驱动部件4电连接。

参见附图2、3所示，所述万向调节支架1包括支架安装板1-1、第一连杆1-2、两个夹紧头1-3、第二连杆1-4、第三连杆1-5、视觉检测装置安装板1-6和接头1-7，所述第一连杆1-2与支架安装板1-1固定连接，所述第二连杆1-4设有两个夹紧头1-3，一个夹紧头1-3与第一连杆1-2装连，另一个夹紧头1-3与第三连杆1-5装连，所述第三连杆1-5的一端固定连接有接头1-7，且接头1-7与视觉检测装置安装版1-6装连，视觉检测装置2固定装连在视觉检测装置安装板1-6上。

参见附图2、4、5所示，所述分料装置3包括分料装置固定脚3-1、分料气缸3-2、出料槽3-3、和分料打板3-4，所述出料槽3-3为方形管，固定装连在分料装置固定脚3-1上，分料气缸3-2与出料槽3-3的一个侧面装连，且分料气缸3-2设有的输出轴3-2-1穿过出料槽3-3并从相对的另一个侧面穿出，输出轴3-2-1与出料槽3-3内的分料打板3-4固定连接，所述输出轴3-2-1从出料槽3-3的另一个侧面穿出处设有废品出料口3-3-1。

所述视觉检测装置2为工业相机。

参见图2、3所示，为了使视觉检测装置2安装平稳，所述视觉检测装置安装板1-6呈L型，包括相互垂直的视觉平板1-6-2和接头侧板1-6-3，其中视觉平板1-6-2装连视觉检测装置2，接头侧板1-6-3设有两个相互平行的长形孔1-6-1，所述接头1-7设有两个连接销轴1-7-1，所述接头1-7通过两个连接销轴1-7-1与接头侧板1-6-3的两个长形孔1-6-1装连。

参见附图4、5所示，所述分料打板3-4呈L型，包括相互垂直的分料平板3-4-1和分料侧板3-4-2，分料气缸3-2的输出轴3-2-1与分料平板3-4-1固定连接，当输出轴3-2-1向外伸出时，与其装连的分料平板3-4-1恰好将出料槽3-3的另一个侧面设有的废品出料口3-3-1堵住，而分料侧板3-4-2伸出至出料槽3-3外，当输出轴3-2-1回缩至原始位置，与输出轴3-2-1装连的分料平板3-4-1随之退到出料槽3-3的安装分料气缸3-2的一面，而分料侧板3-4-2堵在出料槽3-3的内孔横截面上。

参见附图1～7所示，本发明的轴承保持器假焊的视觉检测方法在实施前，首先将轴承保持器假焊的视觉检测装置安装到位，即将所述万向调节支架1和分料装置3直接安装于卷圆成型设备的正前方墙板5上，且被焊接轴承保持器6的出料导杆7伸入分料装置3的出料槽3-3的一端，所述出料槽3-3的另一端为合格品出料口3-3-2，所述视觉检测装置2固定在万向调节支架1的最前端，所述同步控制驱动部件4安装在设备电控柜内，同步驱动部件4主要同步驱动焊接、视觉检测，通过接收视觉检测反馈信号，驱动分料装置3。同步控制驱动部件4由一台PLC（Programmable Logic Controller）控制器，利用控制器输入输出点（I/O）与其他设备交互。

准备工作：

在系统运行之前，对视觉检测装置的初始参数设置，也是非常重要的，它们有ROI、灰度值和面积值，下面将做详细介绍：

ROI（Region Of Interest）技术，这是一个非常有用的特点。电阻焊接是在要焊件的保持器两接点形成局部高温，使保持器端面局部熔化，形成熔池，熔池冷却固化完成焊接。整个焊接区域的不同部位发光特性相差很大，焊接中心温度通常非常高，会形成发出耀眼强光的等离子体，其边缘是材料熔化后的熔池，熔池温度较低，只有很弱的光辐射，这使视觉装置观测区域不同部位的光强差异很大，焊接点的辐射光强度通常远远超过焊接熔池的辐射光强，要获得清晰熔池图像面临的最大困难是要克服焊接点形成的强光干扰。一般，如果不采取措施，焊接实时检测图像获取系统的入射光强会超过视觉装置的响应上限，即焊接点的强辐射光是如此之强，会使视觉装置的所有或大部分感光单元在其曝光的短时间内达到光照饱和，从而使相机感光单元的输出达到电饱和，无法重现焊接熔池中心及边缘部分的图像细节，熔池图像的细节会完全丢失。为了避免熔池图像的细节信息被焊接点强光淹没，通过设置视觉装置RIO(Region Of Interest以下简称ROI)，屏蔽焊接点中心，并采取滤光、衰减等其他措施，通过设置感兴趣区域来获取相机视场内的有效信息，ROI是在成像应用中，定义一个或多个感兴趣的窗口区域，仅对这些窗口内的图像信息进行读出，只获取该局部区域的图像。在该范围外的图像信息对检测来说是无效的，设定较小的ROI区域可以减少相机传送及计算机需要处理的图像信息量。ROI可同时提高ROI区域图像获取的帧频，在高速焊接在线实时质量检测中，ROI高速特性非常有用，极大提高整个测量、反馈控制系统的响应速度。

视觉装置获取图像，图像处理的流程如下所示：

读取彩色图像→灰度图像→二值化处理

彩色图像中的每个像素的颜色有R、G、B三个分量决定，而每个分量有255种值可取，这样一个像素点可以有1600多万的颜色的变化范围。而灰度图像是R、G、B三个分量相同的一种特殊的彩色图像，一个像素点的变化范围为255种。YUV是编译颜色空间的种类，“Y”表示明亮度“U”表示色度“V”表示浓度，根据YUV的颜色空间，Y的分量的物理意义是点的亮度，由该值反映亮度等级，根据RGB和YUV颜色空间的变化关系可建立亮度Y与R、G、B三个颜色分量的对应：

Y=0.3R+0.59G+0.11B

以这个亮度值表达图像的灰度值。

图像二值化是将灰度图像结果转换成黑白二值图像，从而能得到清晰的边缘轮廓线，更好地为边缘提取、图像分割、面积计算处理服务，得到白色图像面积计算值和黑色图像面积值 。二值化的基本过程如下：对原始图像作低通滤波，进行图像的预处理，降低或去除噪声，确定灰度阀值T。凡是像素的灰度值大于这个阀值T的设成255(白色)； 小于这个阀值T的设成0（黑色）。这样处理后的图像就只有黑白两色，从而将灰度范围划分成目标和背景两类，实现了图像的二值化。设原始图像为f(x,y)，二值化后的图像为g(x,y)，则

因此选择一个好的初始T 值，将直接影响图像表达效果，进一步影响真假焊接判别失误率。对于10100轴承保持器，把灰度阀值这个参数T设为30。

二值化后的白色图形面积是用扫描到的像素数目来描述的，

g(x,y)=find(I==255)

视觉检测装置自动统计白色图像像素数目，与预先设定面积值510比较，得到判别结果，从而控制现场设备剔除假焊保持器。

参见附图1、2、3所示，将在轴承保持器成型设备上卷圆成型后的轴承保持器放置在准备焊接的位置上。

调节视觉检测装置2，我们利用万向调节支架1，放松夹紧头，调整三根连杆，找到视觉检测焊接部位较好的取像窗口。

参见附图1、6、7所示，轴承保持器卷圆成型后，PLC控制器输出驱动信号Dh，焊机得到焊接信号Dh后对保持器进行电阻焊接，延时10-30ms后PLC控制器输出同步驱动信号Ds给视觉检测装置2。

检测开始：

a 、同步控制驱动部件4同步驱动视觉检测装置2采集保持器焊接时产生结构光的整体图像；

b、根据设定的图像ROI，视觉检测装置2自动截取需要检测区域的子图像；

c、视觉检测装置2自动将彩色子图像灰度化；

d、根据预先设定灰度阀值T=30，视觉检测装置灰度图像二值化处理；

e、视觉检测装置二值化图像的面积计算；

f、最后比较白色图像面积计算值（Match_result）与设定面积阀值（Threshold）510，得到检测结果，发送给控制器；若面积计算值（Match_result）小于设定面积阀值（Threshold）510，即认为保持器真焊，视觉检测装置2给出置零信号并同时传送给同步控制驱动部件4，同步控制驱动部件4驱动输出置零，分料气缸3-2不动作，输出轴3-2-1向外伸出，与其装连的分料打板3-4的一个平板堵住废品出料口3-3-1，此时，合格的保持器6沿出料导杆7进入出料槽3-3并从出料槽3-3的合格品出料口3-3-2流出；若面积计算值（Match_result）大于设定面积阀值(Threshold) 510，即认为保持器假焊，视觉检测装置2给出置幺信号并同时传送给同步控制驱动部件4，同步控制驱动部件4驱动输出置幺，分料气缸3-2动作，输出轴3-2-1回缩，与其装连的分料打板3-4的一个平板随之退到出料槽3-3的安装分料气缸3-2的一面，而分料打板3-4的另一个侧板堵在出料槽3-3的内孔横截面上，此时，废品保持器6沿出料导杆7进入出料槽3-3并从出料槽3-3的废品出料口3-3-1流出。

本发明的的轴承保持器假焊的视觉检测方法，利用高分辨率的视觉系统（CCD）同步检测焊接效果，自动剔除假焊成品，杜绝了假焊产品的存在，检测精度高，保证产品质量。

Claims (6)

1.一种轴承保持器假焊的视觉检测方法，其特征在于：使用一种轴承保持器假焊自动检测装置通过视觉检测来完成轴承保持器假焊检测，所述轴承保持器假焊自动检测装置包括万向调节支架（1）、视觉检测装置（2）、分料装置（3）和同步控制驱动部件（4），所述视觉检测装置（2）固定在万向调节支架(1)上，视觉检测装置（2）、分料装置（3） 均与同步控制驱动部件（4）电连接，具体检测方法采用如下步骤：

准备工作：

调整万向调节支架1，使得视觉检测装置2处于给轴承保持器焊接点拍照的合适位置；

对视觉检测装置2初始参数设置：图像的ROI、灰度阀值T（20-100）和面积阀值（400-700）；

轴承保持器弯曲成型，同步控制驱动部件驱动电阻焊接；

检测开始：

a. 同步控制驱动部件（4）同步驱动视觉检测装置（2）采集保持器焊接时产生结构光的整体图像；

b. 根据设定的图像ROI，视觉检测装置（2）自动截取需要检测区域的子图像；

c. 视觉检测装置2自动将彩色子图像灰度化；

d. 根据预先设定灰度阀值T，视觉检测装置（2）灰度图像二值化处理；

e. 视觉检测装置二值化图像的面积计算，得到白色图像面积计算值和黑色图像面积值； 

f. 视觉检测装置自动比较白色图像面积计算值与设定面积阀值，得到检测结果，发送给同步控制驱动部件；若白色图像面积计算值小于设定面积阀值，即认为保持器真焊，同步控制驱动部件控制分料装置（3），使保持器由出料槽（3-3）的合格品出料口（3-3-2）流出；若白 色图像面积计算值大于设定面积阀值，即认为保持器假焊，同步控制驱动部件控制分料装置（3），使保持器由出料槽（3-3）的废品出料口（3-3-1）流出。

2.根据权利要求1所述的基于轴承保持器假焊的视觉检测方法，其特征在于：所述万向调节支架（1）包括支架安装板（1-1）、第一连杆（1-2）、两个夹紧头（1-3）、第二连杆（1-4）、第三连杆（1-5）、视觉检测装置安装板（1-6）和接头（1-7），所述第一连杆（1-2）与支架安装板（1-1）固定连接，所述第二连杆（1-4）设有两个夹紧头（1-3），一个夹紧头（1-3）与第一连杆（1-2）装连，另一个夹紧头（1-3）与第三连杆（1-5）装连，所述第三连杆（1-5）的一端固定连接有接头（1-7），且接头（1-7）与视觉检测装置安装版（1-6）装连，视觉检测装置（2）固定装连在视觉检测装置安装板（1-6）上。

3.根据权利要求1所述的基于轴承保持器假焊的视觉检测方法，其特征在于：所述分料装置（3）包括分料装置固定脚（3-1）、分料气缸（3-2）、出料槽（3-3）、和分料打板（3-4），所述出料槽（3-3）为方形管，固定装连在分料装置固定脚（3-1）上，分料气缸（3-2）与出料槽（3-3）的一个侧面装连，且分料气缸（3-2）设有的输出轴（3-2-1）穿过出料槽（3-3）并从相对的另一个侧面穿出，输出轴（3-2-1）与出料槽（3-3）内的分料打板（3-4）固定连接，所述输出轴（3-2-1）从出料槽（3-3）的另一个侧面穿出处设有废品出料口（3-3-1）。

4.根据权利要求1所述的基于轴承保持器假焊的视觉检测方法，其特征在于：所述视觉检测装置（2）为工业相机。

5.根据权利要求2所述的基于轴承保持器假焊的视觉检测方法，其特征在于：所述视觉检测装置安装板（1-6）呈L型，包括相互垂直的视觉平板（1-6-2）和接头侧板（1-6-3），其中视觉平板（1-6-2）装连视觉检测装置（2），接头侧板（1-6-3）设有两个相互平行的长形孔（1-6-1），所述接头（1-7）设有两个连接销轴（1-7-1），所述接头（1-7）通过两个连接销轴（1-7-1）与接头侧板（1-6-3）的两个长形孔（1-6-1）装连。

6.根据权利要求3所述的基于轴承保持器假焊的视觉检测方法，其特征在于：所述分料打板（3-4）呈L型，包括相互垂直的分料平板（3-4-1）和分料侧板（3-4-2），分料气缸（3-2）的输出轴（3-2-1）与分料平板（3-4-1）固定连接，当输出轴（3-2-1）向外伸出时，与其装连的分料平板（3-4-1）恰好将出料槽（3-3）的另一个侧面设有的废品出料口（3-3-1）堵住，而分料侧板（3-4-2）伸出至出料槽（3-3）外，当输出轴（3-2-1）回缩至原始位置，与输出轴（3-2-1）装连的分料平板（3-4-1）随之退到出料槽（3-3）的安装分料气缸（3-2）的一面，而分料侧板（3-4-2）堵在出料槽（3-3）的内孔横截面上。