CN108759676A - 基于棋盘格的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于棋盘格的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置与方法。棋盘格标准板移动支撑部分移动和支撑棋盘格标准板，双相机图像采集部分控制相机采集带有拖拉机传动箱端面定位销孔和局部棋盘格标准板的图像，图像处理部分分析处理两个相机所采集的图像；棋盘格移动控制器控制棋盘格标准板沿导轨前后移动，带动棋盘格标准板贴合到传动箱端面，并控制相机同步采集图像；对采集到的图像进行处理提取特征值。本发明结构简单，针对大尺寸形位公差检测难、无法实现在线检测的问题，实现传动箱端面定位销孔尺寸公差和形位公差的在线检测，提高传动箱检测效率和质量。
Description
技术领域
本发明涉及拖拉机传动箱端面定位销孔大尺寸形位公差在线检测领域，特别涉及一种基于棋盘格的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置与方法。
背景技术
拖拉机传动箱端面定位销孔是传动箱端面其他工序加工基础，同时是决定装配后整机性能和质量的关键因素，对其位置精度要求高，保证传动箱端面定位销孔位置精度具有重要意义，但由于定位销孔在加工过程中受到多种因素影响，离线的定位销孔位置度检测难以及时发现问题，存在在线检测的实际需求，同时因两个定位销孔间距离较远大尺寸形位公差检测不易实现。
传动箱端面定位销孔形位公差常用检测方法是三坐标测量仪检测，由于三坐标测量仪检测速度慢，使检测效率低，只能采取抽检的方式进行少数传动箱质量检测，无法实现端面定位销孔大尺寸形位公差的实时在线的快速批量检测。
发明内容
为了克服现有传动箱端面定位销孔大尺寸形位公差检测采用三坐标测量仪抽检的方式，检测速度慢、效率低、不能实时在线检测的不足，本发明采用一种基于棋盘格的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置与方法，实现传动箱端面定位销孔大尺寸形位公差的在线实时检测分析，装置结构简单，操作方便，实现传动箱端面定位销孔大尺寸形位公差的实时在线的快速批量检测，及时发现传动箱质量问题，提高质量。
本发明采用的技术方案是：
一、一种基于棋盘格标准板的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置：
装置包括底板、棋盘格标准板移动支撑部分、双相机图像采集部分和图像处理部分；所述的棋盘格标准板移动支撑部分用于移动和支撑棋盘格标准板，包括棋盘格标准板、棋盘格支架、棋盘格移动控制器和导轨；导轨固定在底板上，导轨上固定有棋盘格支架，棋盘格支架朝向拖拉机传动箱端面延伸并在延伸的末端固定有棋盘格标准板，棋盘格移动控制器输出端和导轨，由棋盘格移动控制器控制导轨上棋盘格标准板的水平移动；
所述的双相机图像采集部分用于控制两个相机采集带有拖拉机传动箱端面定位销孔和局部棋盘格标准板的图像，包括相机光源竖直位置调节支架和两个相机光源组件；两根相机光源竖直位置调节支架竖直固定在底板上，两根相机光源竖直位置调节支架的上部之间和下部之间均装设有一组相机光源组件，两组相机光源组件结构相同均包括水平的水平位置调节支架、相机位置调节机构、光源位置调节机构、相机和环形光源，水平位置调节支架水平位于两根相机光源竖直位置调节支架之间，可以上下调节，相机通过相机位置调节机构安装在水平位置调节支架上，环形光源通过光源位置调节机构安装在水平位置调节支架上，相机和环形光源均朝向拖拉机传动箱端面布置，且环形光源相比相机更靠近传动箱端面，相机位置调节机构和光源位置调节机构微调相机光源的前后移动。
所述的图像处理部分用于处理和分析两个相机所采集的图像，并输出拖拉机传动箱端面上的两个定位销孔间的形位公差检测结果。
所述的棋盘格标准板在棋盘格移动控制器控制下水平移动并贴合到拖拉机传动箱端面，且棋盘格标准板位于两个定位销孔之间，使得两个定位销孔位于棋盘格标准板一条对角线两端的角位置附近。
本发明实施中棋盘格标准板由正方形的方格紧密阵列排布构成，每格的尺寸是已知的，即已知棋盘格标准板是边长为a*a mm的正方形及方格的排布和数量，通过图像处理计算求出两个定位销孔之间实际的水平和竖直形位公差。
相机光源组件的两个相机分别位于棋盘格标准板上下方。
本发明所要检测的端面定位销孔，检测两个定位销孔间的水平形位公差和竖直形位公差。
还包括位置传感器，位于拖拉机传动箱输送的传送带上。
所述的棋盘格移动控制器采用电机，导轨为丝杠导轨模块，电机的输出端和丝杠导轨模块的丝杠同轴连接，丝杠导轨模块的导轨上的滑块和棋盘格支架底端固定连接。
一组相机光源组件中的所述相机与光源的光轴重合。
二、一种基于棋盘格标准板的传动箱端面大尺寸形位公差检测方法，包括以下步骤：
1)棋盘格移动控制器控制带动棋盘格标准板沿导轨前后移动，使带动棋盘格标准板贴合到传动箱端面；
2)控制器延迟触发两组相机光源组件的两个相机同步采集图像，通过相机采集两个定位销孔及其附近的棋盘格标准板所在角的区域图像；
3)对采集到的图像进行处理分析，提取特征参数具体是依次经过双边滤波、二值化、边缘检测、亚像素边缘检测、相机畸变矫正，计算求得定位销孔直径以及圆心到棋盘格标准板水平距离和竖直距离，进而计算求得两个定位销孔之间的水平和竖直形位公差及尺寸公差。
所述步骤3)中，将采集的图像进行处理和分析获得形位公差及尺寸公差，具体为：
3.1)滤波：对采集的图像I进行双边滤波，获得处理后的图像；
3.2)二值化：再对图像进行自适应阈值二值化，获得黑白图像；
3.3)边缘检测：采用canny算法对采集图像进行边缘粗定位，获得粗边缘；
3.4)亚像素边缘检测：采用Zernike矩对粗边缘进行精确定位处理获得亚像素级的边缘；
3.5)求取测量参数：
采用以下公式计算出定位销孔之间的竖直形位公差H、水平形位公差W和两个定位销孔直径D1、D2(以定位销孔直径作为尺寸公差)；
其中，a表示棋盘格标准板中的正方形方格的边长，w1、w2分别表示两个定位销孔的圆心到棋盘格标准板沿水平的距离，h1、h2分别表示两个定位销孔的圆心到棋盘格标准板沿竖直的距离，d1、d2分别表示图像中两个定位销孔的直径，h、w分别表示棋盘格标准板沿水平和竖直方向的尺寸，s表示图像中棋盘格的两个亚像素级角点间距离。
本发明的大尺寸是指竖直形位公差H为330±0.03mm，水平形位公差W为40±0.02mm，若采用常规的相机采集整体图像分析，所需要的相机视场很大，无法满足精度要求。
本发明特殊地在传动箱端面的两个定位销孔放置上棋盘格标准板，并设计棋盘格标准板的特殊放置位置，通过采集并处理两个定位销孔附近局部的带有棋盘格标准板的图像获得两个定位销孔的尺寸形位公差，克服了传统定位销孔的形位公差通过三坐标测量仪检测的弊端和问题。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
使用两个相机实现端面定位销孔和棋盘格标准板图像的采集，使用棋盘格标准板作为基准，通过两个相机采集定位销孔和部分棋盘格图像，计算端面两个定位销孔之间的形位公差，使大尺寸高精度形位公差的检测不受限于计算机视觉技术视场和三坐标测量仪测量速度慢，无法实时在线检测。
本发明的有益效果是：针对传动箱端面两个定位销孔距离较远，无法实现实时在线检测的情况，实现实时在线检测和分析，提高检测效率和传动箱质量。
附图说明
图1为本发明装置示意图。
图2为传动箱端面定位销孔大尺寸形位公差计算原理图。
图3为传动箱端面定位销孔大尺寸形位公差检测装置相机视场范围内采集图。
图1中：1棋盘格移动控制器、2导轨、3水平位置调节支架、4棋盘格支标准板支架、5相机位置调节机构、6光源位置调节机构、7相机竖直位置调节支架、8相机、9环形光源、10棋盘格标准板、11定位销孔、12传动箱。
图2中：棋盘格标准板竖直尺寸h，棋盘格标准板水平尺寸w，定位销孔1到棋盘格标准板上水平线距离h1，定位销孔1到棋盘格标准板上竖直线距离w1，定位销孔2到棋盘格标准板上水平线距离h2，定位销孔1到棋盘格标准板上竖直线距离w2。
具体实施方式
下面结合附图对基于棋盘格标准板的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置作详细描述。
如图1所示，本发明具体实施包括底板、棋盘格标准板移动支撑部分、双相机图像采集部分和图像处理部分。
棋盘格标准板移动支撑部分用于支撑和移动棋盘格标准板10，包括棋盘格标准板10、棋盘格支架4、棋盘格移动控制器1和导轨2；导轨2固定在底板上，导轨2上固定有棋盘格支架4，棋盘格支架4朝向拖拉机传动箱端面延伸并在延伸的末端固定有棋盘格标准板10，棋盘格移动控制器1输出端和导轨2，由棋盘格移动控制器1控制导轨2上棋盘格标准板10的水平移动；
双相机图像采集部分用于控制两个相机采集带有拖拉机传动箱端面定位销孔和局部棋盘格标准板的图像，包括相机光源竖直位置调节支架7和两个相机光源组件；两根相机光源竖直位置调节支架7竖直固定在底板上，两根相机光源竖直位置调节支架7的上部之间和下部之间均装设有一组相机光源组件，两组相机光源组件结构相同均包括水平的水平位置调节支架3、相机位置调节机构5、光源位置调节机构6、相机8和环形光源9，水平位置调节支架3水平固定在两根相机光源竖直位置调节支架7之间，相机8通过相机位置调节机构5安装在水平位置调节支架3上，环形光源9通过光源位置调节机构6安装在水平位置调节支架3上，相机8和环形光源9均朝向拖拉机传动箱端面布置，且环形光源9相比相机8更靠近传动箱端面；
图像处理部分进行处理和分析两个相机所采集的图像，并输出传动箱端面距离较远两个定位销孔间的形位公差检测结果。当两个相机采集图像结束，图像处理部分接收图像，对采集到的定位销孔和棋盘格部分图像进行分析处理，提取特征参数具体是依次经过双边滤波、二值化、边缘检测、亚像素边缘检测、相机畸变矫正，求得定位销孔直径和圆心到棋盘格标准板水平距离和竖直距离，进而求得两个定位销孔之间的水平和竖直形位公差及尺寸公差。
棋盘格标准板10在棋盘格移动控制器1控制下水平移动并贴合到拖拉机传动箱端面，且棋盘格标准板10位于两个定位销孔之间，使得两个定位销孔位于棋盘格标准板10一条对角线两端的角位置附近。
在相机8每次采集图像时，两组相机光源组件的相机8分别采集定位销孔及其附近的棋盘格标准板10所在角的区域图像，如图3所示，通过图像处理与分析处理获得定位销孔11圆心到棋盘格标准板10的水平和竖直距离。
如图2所示，棋盘格标准板的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置检测原理：棋盘格标准板采用特殊超薄材料，棋盘格尺寸精度达到微米级，取棋盘格每个小格子尺寸5*5mm和棋盘格的水平尺寸20mm和竖直尺寸310mm；两个定位销孔11位于棋盘格标准板10的右上角和左下角位置，在相机每次采集图像时，采集定位销孔和棋盘格标准板两个角的部分图像，通过图像处理与分析求取定位销孔圆心到棋盘格标准板的水平距w1、w2和竖直距离h1、h2，已知棋盘格标准板每个格子实际尺寸，求得棋盘格每个格子的像素尺寸，通过计算公式求出两个定位销孔之间实际的水平和竖直形位公差。
两组相机光源组件的两个相机8分别位于棋盘格标准板10上下方。
还包括位置传感器，位于拖拉机传动箱输送的传送带上。待测拖拉机传动箱沿传送带输送到达检测工位时触发位置传感器，棋盘格移动控制器1移动棋盘格标准板10沿导轨2移动，使棋盘格标准板10的端面贴合传动箱12端面，保持棋盘格标准板10垂直于水平面。位置传感器信号在触发棋盘格移动控制器1的同时，延迟所设定的时间间隔后，触发双相机8同步采集图像。
棋盘格移动控制器1采用电机，导轨2为丝杠导轨模块，电机的输出端和丝杠导轨模块的丝杠同轴连接，丝杠导轨模块的导轨上的滑块和棋盘格支架4底端固定连接。
一组相机光源组件中的所述相机8与光源9的光轴重合，两组相机光源组件中的两套相机、光源型号一致，并设置图像采集装置各项参数相同，采集定位销孔11和棋盘格标准板10对角局部部分的图像。
其中，相机采用中国微图视觉有限公司生产的Mars火星千兆网系列工业面阵相机，型号为Mars5000s-20gm；镜头采用该公司生产的型号为VT-LEM5014CBMP8的镜头；光源采用该公司生产的型号为VT-LT2-HR12060W的光源。
本发明的具体实施例及其实施过程如下：
1)棋盘格移动控制器1接收到待测拖拉机传动箱到达检测工位的信号，控制带动棋盘格标准板10沿导轨2前后移动，使棋盘格标准板10贴合到传动箱12端面。
2)延迟所设定的时间间隔后，控制触发两组相机光源组件的两个相机8同步采集图像，通过相机8采集两个定位销孔及其附近的棋盘格标准板10所在角的区域图像；具体实施中，调节相机光源竖直位置调节支架7和水平位置调节支架3使相机和光源距离传动箱端面合适位置，固定相机采集图像参数和相机、光源位置，使采集的图像清晰。
3)对采集到的图像进行处理提取公差，提取特征参数具体是依次经过双边滤波、二值化、边缘检测、亚像素边缘检测、相机畸变矫正，计算求得定位销孔直径以及圆心到棋盘格标准板水平距离和竖直距离，进而计算求得两个定位销孔之间的水平和竖直形位公差及尺寸公差。
3.1)滤波：对采集的图像I进行双边滤波，获得处理后的图像；
具体是针对图像I中的每个像素点，进行双边滤波。
3.2)二值化：再对图像进行自适应阈值二值化，获得黑白图像；
3.3)边缘检测：采用canny算法对采集图像进行边缘粗定位，获得粗边缘；
3.4)亚像素边缘检测：利用canny边缘检测算子对边缘粗定位后，采用Zernike矩对粗边缘进行精确定位处理获得亚像素级的边缘；
3.5)求取测量参数：采用以下公式计算出定位销孔之间的竖直形位公差H、水平形位公差W和两个定位销孔直径D1、D2；
其中，a表示棋盘格标准板中的正方形方格的边长取5mm，w1、w2分别表示两个定位销孔的圆心到棋盘格标准板沿水平的距离，h1、h2分别表示两个定位销孔的圆心到棋盘格标准板沿竖直的距离，d1、d2分别表示两个定位销孔的直径，h表示棋盘格标准板水平尺寸，取20mm和w棋盘格标准竖直尺寸，取310mm，s表示图像中棋盘格的两个亚像素级角点间距离。尺寸标注如图2和图3所示。
由此可见，本发明新搭建的装置结构简单，装置和方法能满足传动箱端面定位销孔尺寸公差和形位公差的在线检测，实现在线检测，解决了大尺寸形位公差检测难的技术问题提高传动箱检测效率和质量。
Claims (8)
1.一种基于棋盘格标准板的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置，其特征在于：包括底板、棋盘格标准板移动支撑部分、双相机图像采集部分和图像处理部分；所述的棋盘格标准板移动支撑部分用于支撑和移动棋盘格标准板(10)，包括棋盘格标准板(10)、棋盘格支架(4)、棋盘格移动控制器(1)和导轨(2)；导轨(2)固定在底板上，导轨(2)上固定有棋盘格支架(4)，棋盘格支架(4)朝向拖拉机传动箱端面延伸并在延伸的末端固定有棋盘格标准板(10)，棋盘格移动控制器(1)输出端和导轨(2)，由棋盘格移动控制器(1)控制导轨(2)上棋盘格标准板(10)的水平移动；
所述的双相机图像采集部分用于控制两个相机采集带有拖拉机传动箱端面定位销孔和局部棋盘格标准板的图像，包括相机光源竖直位置调节支架(7)和两个相机光源组件；两根相机光源竖直位置调节支架(7)竖直固定在底板上，两根相机光源竖直位置调节支架(7)的上部之间和下部之间均装设有一组相机光源组件，两组相机光源组件结构相同均包括水平的水平位置调节支架(3)、相机位置调节机构(5)、光源位置调节机构(6)、相机(8)和环形光源(9)，水平位置调节支架(3)水平固定在两根相机光源竖直位置调节支架(7)之间，相机(8)通过相机位置调节机构(5)安装在水平位置调节支架(3)上，环形光源(9)通过光源位置调节机构(6)安装在水平位置调节支架(3)上，相机(8)和环形光源(9)均朝向拖拉机传动箱端面布置，且环形光源(9)相比相机(8)更靠近传动箱端面；
所述的图像处理部分用于处理和分析两个相机所采集的图像，并输出拖拉机传动箱端面上的两个定位销孔(11)间的形位公差检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于棋盘格标准板的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置，其特征在于：所述的棋盘格标准板(10)在棋盘格移动控制器(1)控制下水平移动并贴合到拖拉机传动箱端面，且棋盘格标准板(10)位于两个定位销孔之间，使得两个定位销孔位于棋盘格标准板(10)一条对角线两端的角位置附近。
3.根据权利要求1所述的一种基于棋盘格标准板的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置，其特征在于：两组相机光源组件的两个相机(8)分别位于棋盘格标准板(10)上下方。
4.根据权利要求1所述的一种基于棋盘格标准板的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置，其特征在于：还包括位置传感器，位于拖拉机传动箱输送的传送带上。
5.根据权利要求1所述的一种基于棋盘格标准板的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置，其特征在于：所述的棋盘格移动控制器(1)采用电机，导轨(2)为丝杠导轨模块，电机的输出端和丝杠导轨模块的丝杠同轴连接，丝杠导轨模块的导轨上的滑块和棋盘格支架(4)底端固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于棋盘格标准板的传动箱端面大尺寸形位公差检测装置，其特征在于：一组相机光源组件中的所述相机(8)与光源(9)的光轴重合。
7.一种基于棋盘格标准板的传动箱端面大尺寸形位公差检测方法，其特征在于采用权利要求1-6任一所述装置，包括以下步骤：
1)棋盘格移动控制器(1)控制带动棋盘格标准板(10)沿导轨(2)前后移动，使带动棋盘格标准板(10)贴合到传动箱(12)端面；
2)控制触发两组相机光源组件的两个相机(8)同步采集图像，通过相机(8)采集两个定位销孔及其附近的棋盘格标准板(10)所在角的区域图像；
3)对采集到的图像进行处理提取公差。
8.根据权利要求7所述的一种基于棋盘格标准板的传动箱端面大尺寸形位公差检测方法，其特征在于：所述步骤3)中，将采集的图像进行处理和分析获得形位公差及尺寸公差，具体为：
3.1)滤波：对采集的图像I进行双边滤波，获得处理后的图像；
3.2)二值化：再对图像进行自适应阈值二值化，获得黑白图像；
3.3)边缘检测：采用canny算法对采集图像进行边缘粗定位，获得粗边缘；
3.4)亚像素边缘检测：采用Zernike矩对粗边缘进行精确定位处理获得亚像素级的边缘；
3.5)求取测量参数：
采用以下公式计算出定位销孔之间的竖直形位公差H、水平形位公差W和两个定位销孔直径D1、D2；
其中，a表示棋盘格标准板中的正方形方格的边长，w1、w2分别表示两个定位销孔的圆心到棋盘格标准板沿水平的距离，h1、h2分别表示两个定位销孔的圆心到棋盘格标准板沿竖直的距离，d1、d2分别表示图像中两个定位销孔的直径，h、w分别表示棋盘格标准板沿水平和竖直方向的尺寸，s表示图像中棋盘格的两个亚像素级角点间距离。
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