CN107081275A - 一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统及其检测方法 - Google Patents

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赵冬贤
沈松林
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    • B07SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07CPOSTAL SORTING; SORTING INDIVIDUAL ARTICLES, OR BULK MATERIAL FIT TO BE SORTED PIECE-MEAL, e.g. BY PICKING
    • B07C5/00Sorting according to a characteristic or feature of the articles or material being sorted, e.g. by control effected by devices which detect or measure such characteristic or feature; Sorting by manually actuated devices, e.g. switches
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    • B07C5/361Processing or control devices therefor, e.g. escort memory
    • B07C5/362Separating or distributor mechanisms

Abstract

本发明涉及汽车零部件装配领域,尤其是涉及一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统及其检测方法。本发明包括传送系统、图像采集系统、中央控制系统和分拣系统,其中,所述的传送系统和图像采集系统相连,中央控制系统包括图像处理单元、控制单元、储存单元,图像采集系统和图像处理单元相连,控制单元和传送系统、分拣系统相连。本发明基于图像识别技术实现装配间隙距离自动检测,提出一种装配间隙距离检测系统及其检测方法,使汽车部件的装配间隙距离工序实现自动化,以替代目前企业普遍采用人工检测的方法,提高检测精度和效率,同时,使缺陷识别率、不合格产品的去除率显著提高,提高出厂产品的总体质量。

Description

一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统及其检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及汽车零部件装配领域,尤其是涉及一种基于机器视觉的装配间隙距离 检测系统及其检测方法。
背景技术
[0002] 装配间隙是指工件进行装配时,工件与工件之间的间隙,正常的工件为了满足装 配要求,对工件进行加工时加入了合适的公差,但是由于加工精度和检测的原因,有时工件 的装配并不能满足产品外观和使用性能的要求。因此,我们需要对装配后的工件间的间隙 进行检测,使其不影响产品外观和使用性能。
[0003] 传统的间隙检测主要采用手动测量,测量工具有:卡尺、块规、塞规、塞尺、针规和 激光。上述测量方法存在以下缺陷:①无法保证产品全方位100%检测;②无法保证产品 100%检测;③无法测量其实际值的大小;④无法统计过程能力。
[0004] 随着光电转换器件CCD (Couple Charged Device)技术的不断发展和图像处理技 术的不断成熟,光电检测方法已经越来越被人们所重视。由于CCD器件自身所具有的轻便、 高精度、宽动态范围和易于配置等优点,使得基于CCD成像的检测方法成为当前研究的主 流。目前在木材、钢带表面检测,零件尺寸检测等检测中已经广泛采用了自动化的检测技 术,但是对于微小零件的装配检测还处于起步阶段。
[0005] 汽车零部件的装配不仅是将零件简单组合,而是优化组合、控制、检查三方面的完 美组合。因此,有必要对装配间隙的检测必须采用数字化装配手段量化进行控制,实现效率 提升。
发明内容
[0006]针对以上技术问题,本发明的目的在于突破现有检测方法的不足,提供了一种基 于机器视觉的装配间隙检测系统及其检测方法,基于CCD图像识别技术实现装配间隙距离 自动检测,使汽车部件的装配间隙距离工序实现自动化,以替代目前企业普遍采用人工检 测的方法,提高检测精度和效率,同时,使缺陷识别率、不合格产品的去除率显著提高,提高 出厂产品的总体质量。
[0007] 为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0008] —种基于机器视觉的装配间隙检测系统,包括传送系统、图像采集系统、中央控制 系统和分拣系统,其中,所述的传送系统和图像采集系统相连,中央控制系统包括图像处理 单元、控制单元、储存单元,图像采集系统和图像处理单元相连,控制单元和传送系统、分拣 系统相连。
[0009] —种基于机器视觉的装配间隙距离检测方法,利用上述系统进行其具体检测步骤 为:
[0010] 1)图像数据采集;
[0011] 通过自动传送系统将待检装配的零部件放置于图像采集系统,图像采集系统利用 c⑶摄像头对零部件图像进行抓取,并将采集到的图像通过图像采集卡传输到对应的图1家 处理模块中。
[0012] 2)图像信息预处理; _
[0013]图像处理单元对传来的图像数据进行预处理,预处理包括图像滤波去噪和图像二 值化处理。
[0014] 3)装配间隙距离检测识别; 一
[0015]在步骤3)装配间隙距离检测识别时,图像处理单元对零部件的装配间隙进行测 量,计算装配间隙的实际距离。
[0016] 4)反馈筛选
[0017]图像处理模块对检测结果进行分析,各图像处理模块将分析结果进行反馈给计算 机控制模块,计算机控制模块控制存储模块进行结果存储,并控制分拣系统进行筛选,筛选 出0 • 2mm<装配间隙< 1 • 4mm的零件。
[0018] 本发明的有益效果:
[0019]本发明基于机器视觉检测技术,提出一种装配间隙距离检测系统及其检测方法, 基于CCD图像识别技术实现装配间隙距离自动检测,使汽车部件的装配间隙距离工序实现 自动化,以替代目前企业普遍采用人工检测的方法,提高检测精度和效率,同时,使缺陷识 别率、不合格广品的去除率显著提局,提闻出厂产品的总体质量。
附图说明
[0020] 图1为本发明的正面结构示意图;
[0021] 图2为本发明的俯视图;
[0022]图3为本发明的结构框图;
[0023]图中:1-三色指示灯、2-遮蔽空间、3-出料口传感器、4-产品、5-传送带、6-传递链 条、7-电机、8-不良品阻挡气缸、9-不良品顶升气缸、1 〇-拍照阻挡气缸、11 -夹紧气缸、12-拍 照顶升气缸、13-控制箱、14-进料口阻挡气缸、15-进料口传感器、16-拍照位置传感器、17-拍照系统、18_显示屏、19-光照系统、2〇_升降台、21 -成品置放区、22-不良品推料气缸、23-不良品置放区、24-分栋区、25-图像采集区、26-上料区。
具体实施方式
[0024]下面将结合本发明实施例和附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例,都属于本发明保护的范围。
[0025] —种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统,包括传送系统、图像采集系统、中央 控制系统和分拣系统,其中,所述的传送系统和图像采集系统相连,中央控制系统包括图像 处理单元、控制单元、储存单元,图像采集系统和图像处理单元相连,控制单元和传送系统、 分栋系统、图像采集系统相连。
[0026]作为优选,进一步,所述的传送系统的结构主要包括传送电机、传送带、传递链条, 传送带通过传递链条与传送电机相连,传送带分为上料区、图像采集区、分拣区、成品置放 区、不良品置放区。
[0027]作为优选,进一步,所述的图像采集系统设置在图像采集区,其主要包括进料口传 感器、进料□阻挡气缸、遮蔽空间、出料□传感器、拍照阻挡气缸、夹紧气缸、拍照顶升气缸、 拍照系统、三色指示灯、显示屏;其中,遮蔽空间为封闭式空间,内部设有拍照系统,遮蔽空 间正下方设有与拍照顶升气缸相连的夹持装置,夹持装置由夹紧气缸控制,夹持装置两侧 有拍照位置传感器,左侧有拍照阻挡气缸,遮蔽空间的进料方向设有进料口传感器、进料口 阻挡气缸,三色指示灯、显示屏设置在遮蔽空间外部。
[0028]作为优选,进一步,所述的中央控制系统中央控制系统主要包括控制箱,其分为图 像处理单元、控制单元、储存单元,其中图像采集系统和图像处理单元相连,控制单元对传 送系统、分拣系统、图像采集系统中的气缸进行控制。
[0029]作为优选,进一步,所述的分拣系统设置在传送带的分拣区,与成品置放区、不良 品置放区相连,分拣系统主要包括出料口传感器、不良品阻挡气缸、不良品顶升气缸、不良 品推料气缸,出料口传感器设置在遮蔽空间的出料口方向。
[0030] —种基于机器视觉的装配间隙距离检测方法,利用上述系统进行其具体检测步骤 为:
[0031] 1)图像数据采集;
[0032]通过自动传送系统将待检装配的零部件放置于图像采集系统,图像采集系统利用 摄像头对零部件图像进行抓取,并将采集到的图像通过图像采集卡传输到对应的图像处理 模块中。
[GG33] 2)图像信息预处理;
[0034]图像处理单元对传来的图像数据进行预处理,预处理包括图像滤波去噪和图像二 值化处理。
[0035] 3)装配间隙距离检测识别;
[0036] 在步骤3)装配间隙距离检测识别时,图像处理单元对零部件的装配间隙进行测 量,计算装配间隙的实际距离。
[0037]计算装配间隙的实际距离的具体步骤为:
[0038] 在测量坐标系下,利用极坐标测量原理,在工件圆周方向等间隔4点或若干点处采 集工件端面的图像或者工件组合间隙的图像,然后通过图像处理,测量出每个点的跳动值 zi,通过将(ri,0i,Zi)转换为直角坐标值(Xi,Yi,Zi),1 = 1,2,...11,其中:
[0039] Xi = riXcos (0〇 ;
[0040] Yi = riXsin(0i);
[0041] 通过数据拟合,计算出工件端面的最小二乘平面z=ax+by+c,其中参数:
[0042] a=ExiZi,Exi2
[0043] b=EyiZi, Eyi2
[0044] c=Ezi/n
[0045] 假设被测量工件的端面与调整机构所在的平面近似平行的前提下,根据调整机构 的结构参数,即两个调整点A、B和固定点C距离工件回转中心的半径R及其在测量坐标系下 的角度aj和y,建立测量坐标系,计算出各个调整点△和!^、固定点〇在2方向的坐标值Wl、W2 和Wo:
[0046] Wi = aX RX cos (a) +b X RX sin (a) +c;
[0047] \?2 = aX RX cos ⑻ +b XRX sin ⑹ +c;
[0048] ff〇 = aXRXcos (y)+bXRXsin(y)+c;
[0049] 然后根据测量坐标系于机床坐标系之间的转换关系,便可以求出发送给控制系统 调整机构的反馈调整量AWKAW2,同样原理可以测量工件在各个位置的间隙值。
[0050] 4)反馈筛选
[0051] 图像处理模块对检测结果进行分析,各图像处理模块将分析结果进行反馈给计算 机控制模块,计算机控制模块控制存储模块进行结果存储,并控制分拣系统进行筛选,筛选 出0.2mm<装配间隙< 1.4mm的零件。
[0052] 本发明的工作过程:
[0053] 开机—电机转动—传动链条转动——传送带转动—零件放置在上料区—进料 口感应器感应到零件(进料口阻挡气缸升起)---拍照位置传感器感应到零件---拍照顶升 气缸升起---拍照电机转动:
[0054]当拍照系统拍照检测0K (拍照阻挡气缸退回)一_拍照顶升气缸退回出料口感 应器感应(进料口阻挡气缸退回,拍照阻挡气缸升起)---产品流入良品放置区 [0055]当拍照系统拍照检测NG (拍照阻挡气缸退回,不良品阻挡气缸升起)-一拍照顶升 气缸退回一出料口感应器感应(进料口阻挡气缸退回,拍照阻挡气缸升起)-一不良品顶升 气缸升起一-不良品推料气缸将不良品推入不良品待置区不良品推料气缸退回(不良品 顶升气缸退回,不良品阻挡气缸退回)
[0056] 实施例1
[0057] 一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统,包括传送系统、图像采集系统、中央 控制系统和分拣系统,其中,所述的传送系统和图像采集系统相连,中央控制系统包括图像 处理单元、控制单元、储存单元,图像采集系统和图像处理单元相连,控制单元和传送系统、 分拣系统、图像采集系统相连。
[0058] 利用上述系统进行其具体检测步骤为:
[0059] 1)图像数据采集;
[0060]通过自动传送系统将待检装配的零部件放置于图像采集系统,图像采集系统利用 CCD摄像头对零部件图像进行抓取,并将采集到的图像通过图像采集卡传输到对应的图像 处理模块中。
[0061] 2)图像信息预处理;
[0062]图像处理单元对传来的图像数据进行预处理,预处理包括图像滤波去噪和图像二 值化处理。
[0063] 3)装配间隙距离检测识别;
[00M]图像处理单元对零部件的装配间隙进行分析和模板匹配,装配间隙计算距离。 [0065] 4)反馈筛选
[0066]图像处理模块对检测结果进行分析,各图像处理模块将分析结果进行反馈给计算 机控制模块,计算机控制模块控制存储模块进行结果存储,并控制分拣系统进行筛选,筛选 出0.2111111<装配间隙< 1.4mm的零件。
[0067] 实施例2
[0068] 一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统,包括传送系统、图像采集系统、中央 控制系统和分拣系统,其中,所述的传送系统和图像采集系统相连,中央控制系统包括图像 处理单元、控制单元、储存单元,图像采集系统和图像处理单元相连,控制单元和传送系统、 分拣系统、图像采集系统相连,传送系统的结构主要包括传送电机、传送带、传递链条,传送 带通过传递链条与传送电机相连,传送带分为上料区、图像采集区、分拣区、成品置放区、不 良品置放区,图像采集系统设置在图像采集区,其主要包括进料口传感器、进料口阻挡j 缸、遮蔽空间、出料口传感器、拍照阻挡气缸、夹紧气缸、拍照顶升气缸、拍照系统、三色指示 灯、显示屏,其中,遮蔽空间为封闭式空间,内部设有拍照系统,遮蔽空间正下方设有与拍照 顶升气缸相连的夹持装置,夹持装置由夹紧气缸控制,夹持装置两侧有拍照位置传感器,f 侧有拍照阻挡气缸。遮蔽空间的进料方向设有进料口传感器、进料口阻挡气缸,三色指示 灯、显示屏设置在遮蔽空间外部。中央控制系统中央控制系统主要包括控制箱,其分为图像 处理单元、控制单元、储存单元,其中图像采集系统和图像处理单元相连,控制单元对传送 系统、分拣系统、图像米集系统中的气缸进行控制,分拣系统设置在传送带的分拣区,与成 品置放区、不良品置放区相连,分拣系统主要包括出料口传感器、不良品阻挡气缸、不良品 顶升气缸、不良品推料气缸,出料口传感器设置在遮蔽空间的出料口方向,其具体工作过程 为:
[0069] 开机-一电机转动---传动链条转动—一传送带转动-一零件放置在上料区-一进料 口感应器感应到零件(进料口阻挡气缸升起)-一拍照位置传感器感应到零件拍照顶升 气缸升起一拍照电机转动:
[0070] 当拍照系统拍照检测OK (拍照阻挡气缸退回)---拍照顶升气缸退回_出料口感 应器感应(进料口阻挡气缸退回,拍照阻挡气缸升起)一产品流入良品放置区
[0071] 当拍照系统拍照检测NG (拍照阻挡气缸退回,不良品阻挡气缸升起)---拍照顶升 气缸退回一-出料口感应器感应(进料口阻挡气缸退回,拍照阻挡气缸升起)一-不良品顶升 气缸升起一不良品推料气缸将不良品推入不良品待置区一-不良品推料气缸退回(不良品 顶升气缸退回,不良品阻挡气缸退回)
[0072]利用上述系统进行其具体检测步骤为:
[0073] 1)图像数据采集;
[0074]通过自动传送系统将待检装配的零部件放置于图像采集系统,图像采集系统利用 CCD摄像头对零部件图像进行抓取,并将采集到的图像通过图像采集卡传输到对应的图像 处理模块中。
[0075] 2)图像信息预处理;
[0076]图像处理单元对传来的图像数据进行预处理,预处理包括图像滤波去噪和图像二 值化处理。
[0077] 3)装配间隙距离检测识别;
[0078]在步骤3)装配间隙距离检测识别时,图像处理单元对零部件的装配间隙进行测 量,计算装配间隙的实际距离。
[0079]计算装配间隙的实际距离的具体步骤为:
[00S0]在测量坐标系下,利用极坐标测量原理,在工件圆周方向等间隔4点或若干点处采 集工件端面的图像或者工件组合间隙的图像,然后通过图像处理,测量出每个点的跳动值 Z1,通过将(ri,0i,Zi)转换为直角坐标值(Xi,Yi,Zi),i = l,2,...n,其中:
[0081] Xi = ri X cos (9〇 ;
[0082] Yi = n X sin (9〇 ;
[0083]通过数据拟合,计算出工件端面的最小二乘平面z = ax+by+c,其中参数:
[0084] a=ExiZi,Exi2
[0085] b=EylZl,I:yi2
[0086] c= Ezi/n
[0087]假设被测量工件的端面与调整机构所在的平面近似平行的前提下,根据调整机构 的结构参数,即两个调整点A、B和固定点C距离工件回转中心的半径R及其在测量坐标系下 的角度和y,建立测量坐标系,计算出各个调整点A和B、固定点(:在2方向的坐标值Wl、W2 和Wo:
[0088] Wi = aXRXcos (a) +bXRXsin(a) +c;
[0089] W2 = aX RX cos ⑹ +b X RX sin ⑻ +c;
[0090] W〇=aX RX cos (y)+bXRXsin(y)+c;
[0091]然后根据测量坐标系于机床坐标系之间的转换关系,便可以求出发送给控制系统 调整机构的反馈调整量AWi、AW2,同样原理可以测量工件在各个位置的间隙值。
[0092] 4)反馈筛选
[0093]图像处理模块对检测结果进行分析,各图像处理模块将分析结果进行反馈给计算 机控制模块,计算机控制模块控制存储模块进行结果存储,并控制分拣系统进行筛选,筛选 出0.2111111<装配间隙<1.4mm的零件。
[0094]本发明基于机器视觉检测技术,提出一种装配间隙距离检测系统及其检测方法, 基于CCD图像识别技术实现装配间隙距离自动检测,使汽车部件的装配间隙距离工序实现 自动化,以替代目前企业普遍采用人工检测的方法,提高检测精度和效率,同时,使缺陷识 别率、不合格产品的去除率显著提高,提高出厂产品的总体质量。
[0095]最终,以上实施例和附图仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述 实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细 节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1. 一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统,其特征在于,包括传送系统、图像采集 系统、中央控制系统和分拣系统,其中,所述的传送系统和图像采集系统相连,中央控制系 统包括图像处理单元、控制单元、储存单元,图像米集系统和图像处理单兀相连,控制单兀 和传送系统、分拣系统、图像采集系统相连。
2. 根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统,其特征在于,所 述的传送系统的结构主要包括传送电机、传送带、传递链条,传送带通过传递链条与传送电 机相连,传送带分为上料区、图像采集区、分拣区、成品置放区、不良品置放区。
3. 根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统,其特征在于,所 述的图像采集系统设置在图像采集区,其主要包括进料口传感器、进料口阻挡气缸、遮蔽空 间、出料口传感器、拍照阻挡气缸、夹紧气缸、拍照顶升气缸、拍照系统、三色指示灯、显示屏 和光源系统,其中,遮蔽空间为封闭式空间,内部设有拍照系统,遮蔽空间正下方设有与拍 照顶升气缸相连的夹持装置,夹持装置由夹紧气缸控制,夹持装置两侧有拍照位置传感器, 左侧有拍照阻挡气缸,遮蔽空间的进料方向设有进料口传感器、进料口阻挡气缸,三色指示 灯、显示屏设置在遮蔽空间外部。
4. 根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统,其特征在于,所 述的中央控制系统主要包括控制箱,其分为图像处理单元、控制单元、储存单元,其中图像 采集系统和图像处理单元相连,控制单元对传送系统、分拣系统、图像采集系统中的气缸进 行控制。
5. 根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统,其特征在于,所 述的分拣系统设置在传送带的分拣区,与成品置放区、不良品置放区相连,分拣系统主要包 括出料口传感器、不良品阻挡气缸、不良品顶升气缸、不良品推料气缸,出料口传感器设置 在遮蔽空间的出料口方向。
6. —种基于机器视觉的装配间隙距离检测方法,其特征在于,利用上述系统进行其具 体检测步骤为:1)图像数据采集;2)图像信息预处理;3)装配间隙距离检测识别;4)反馈筛 选。
7. 根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的装配间隙距离检测方法,其特征在于,在 步骤1)图像数据采集中,通过自动传送系统将待检装配的零部件放置于图像采集系统,图 像采集系统利用CCD摄像头对零部件图像进行抓取,并将采集到的图像通过图像采集卡传 输到对应的图像处理单元中。
8. 根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的装配间隙距离检测方法,其特征在于,在 步骤2)图像信息预处理中,图像处理单元对传来的图像数据进行预处理,预处理包括图像 滤波去噪和图像二值化处理。
9. 根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的装配间隙距离检测方法,其特征在于,在 步骤3)装配间隙距离检测识别时,图像处理单元对零部件的装配间隙进行测量,计算装配 间隙的实际距离。
10. 根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的装配间隙距离检测方法,其特征在于, 在步骤4)反馈筛选时图像处理模块对检测结果进行分析,各图像处理模块将分析结果进行 反馈给计算机控制模块,计算机控制模块控制存储模块进行结果存储,并控制分拣系统进 行筛选,筛选出0.2讓<装配间隙< 1 • 4mm的零件。
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