CN110223333B - 一种用于球铰的球座涂色面积及其涂色区域贴合度的分区检测方法 - Google Patents

一种用于球铰的球座涂色面积及其涂色区域贴合度的分区检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于球铰的球座涂色面积及其涂色区域贴合度的分区检测方法，利用灰度相机获取组装后的并已被球销涂色后的球座的俯视图，在Matlab环境下遍历该俯视图所有像素点，经图像预处理消除噪音后基于种子点的区域增长方法对上述灰度图像进行边缘检测，以求得球座涂色面积边界线所在的各个像素点的坐标值，并进一步对上述边界线内的区域进行二次划分，基于像素点灰度值的大小范围最终确定球座涂色区域内的不同贴合度所代表的球座内球面的区域。本发明所述的检测方法所得到的检测结果稳定性好、数据真实可靠，同时为球铰其它相关实验提供了真实、有效的基础数据，因而也提高了球铰产品整个检测链条中的检测效率。

Description

一种用于球铰的球座涂色面积及其涂色区域贴合度的分区检 测方法
所属技术领域
本发明涉及球铰的球座涂色及分区段检测技术，尤其涉及汽车悬架、摆臂和转向架系列球铰中的球座涂色面积及其涂色区域贴合度的分区检测方法。
背景技术
球铰是一种空间的连接铰，它主要由三个部件组成，球销、球座与球套。该球铰结构只允许两部件绕公共的球心相对转动，限制它们三方向的相对移动，因此，根据球套的柱面高度及其内、外径尺寸，球销可绕其柱面中轴线转动或摆动，由此构成一球面副。在机械领域、尤其是汽车领域内的球铰，其使用环境存在如高温、低温、腐蚀、涉水等情况，然而这些环境均是汽车行驶过程中能够遇到的正常现象，因此，这也对球铰的综合性能提出了更高的要求。
通常情况下，普遍采用高分子塑料制品的球座所受外界环境因素影响较大，相比于球销与球套，其受环境温度、湿度及载荷的影响容易发生弹性或塑性变形，从而大大降低了球铰的使用寿命，因此，为保证球铰结构的安全、可靠、性能稳定，球座的各项尺寸及其物化性能指标直接决定了球铰的使用寿命。其中，对球座内球面用给定直径的球销进行涂色检测即是本领域内的一项重要检测方法，其目的在于通过检测球座涂色面积大小及其区域分布，以判定球销与球座相对接触面积，从而为球铰性能试验提供重要数据参考，同时其也作为球座组装与铆接合格与否的关键指标，其中，球销与球座的接触面积越大、贴合度越均匀，其疲劳寿命越长，发生局部疲劳断裂的风险则越低。
现有技术中，在检测球座的涂色面积及其分区情况时，一方面基于个人经验采用人眼判断球座实物的涂色面积、并进而判断涂色面积内各个区域的大小；另一方面通过拍摄被涂色后的球座的彩色数码图像，对该图像边界线采用三维投影的方法以计算球座涂色面积。但上述方法一方面由于人为估算的检测方法主观性较强，检验检测的标准不统一，容易导致球座产品的检测稳定性差；另一方面由于彩色数码图像边界辨识度低，从而导致球座涂色面积判断误差较大，同时现有技术中也很少有涉及球座涂色面积内与球销接触的涂色区域贴合度的分区检测方法。
发明内容
针对现有技术中所存在的问题，提供一种基于灰度图像数字化处理技术的球座涂色面积测量方法，以及涂色面积分区检测方法，解决了现有的采用人工经验判断涂色面积而导致的检验检测标准不统一、球座产品检测稳定性差的问题，同时采用灰度图像而非彩色数码图像进一步解决了彩色数码图像边界辨识度低、自动化程度不高而导致的边界线判断误差大、效率低的问题，本发明所述的检测方法操作方便、标准统一且综合检测成本低。
本发明采用如下技术方案：一种用于球铰的球座涂色面积检测方法，其特征在于：包括有如下步骤：
(a)对用于汽车的球铰的球销外球面均匀涂色，并将涂色后的球销组装于球铰结构中，该球铰结构由内至外依次为球销、球座、球套，该球铰结构中的球销可沿球座球面的中轴线自由转动或摆动，其中，球销的最大摆角由球套的柱面高度和内、外径尺寸所决定；再采用线切割方法沿球套中轴线所在的剖面方向对该球铰的球套进行线切割，取出与球销接触并已在内球面形成一定涂色区域的球座；
(b)将涂色后的球座固定放置于水平面上，利用灰度相机获取该球座的俯视图，从而得到上述球座俯视图的二维灰度图像，将该灰度图像导入至Matlab软件，并对其进行图像预处理；该预处理方法利用卷积定理进行频域滤波，并保留图像中的低频分量，同时去除图像中的边缘和噪声所对应的图像傅里叶频谱中的高频部分，采用低通滤波器即可除去或削弱噪声的影响并模糊边缘轮廓；
(c)遍历上述经预处理后的二维灰度图像中的每个像素点，基于灰度图像的种子点区域增长方法，确定涂色区域的闭环边界线上的各个像素点坐标；
(d)根据上述边界线在二维灰度图像中的像素点坐标值，在三维绘图软件中选择上视图作为草图绘制的基准面，绘制出包含有上述边界线的二维图像，并根据上述二维图像确定球座的三维理论球面的定位基准，同时根据球座的实测尺寸数据在三维绘图软件中绘制出球座的三维理论球面；
(e)将上述二维图像中的边界线沿球座中轴线方向投影至上述三维理论球面上；从而可计算求得球座内球面被上述闭环边界线所包围的球座涂色面积，以及该面积是否达到球座内球面总面积的80％，若否，则该球座的内球面尺寸不合格，也不用于下一步的球铰疲劳耐久试验，若是，则该球座的内球面尺寸合格，可用于下一步的球铰疲劳耐久试验；
优选地，所述步骤(b)中的低通滤波器具有传递函数：
Figure BDA0001961268090000031
其中D0为制定的非负数，D(u,v)为点(u,v)到滤波器中心的距离。
功率谱比为：
Figure BDA0001961268090000032
其中，Pf(u,v)为滤波前图像的功率谱，Pg(u,v)为滤波后图像的功率谱。
滤波前后的功率谱分别为：
Pf(u,v)＝|F(u,v)|2 (3)
Pg(u,v)＝|G(u,v)|2 (4)
二维高斯高通滤波器的传递函数的形式为：
Figure BDA0001961268090000033
其中，
Figure BDA0001961268090000034
σ表示高斯曲线扩展的程度，若σ＝D0，则二维高斯高通滤波器可表示为：
Figure BDA0001961268090000035
其中，D0是截止频率。当D(u，v)＝D0时，滤波器下降到它最大值的0.607倍。
所述步骤(c)中，以边缘点为中心，将其作为种子点，同一方向的8邻域范围内若也有其它边缘检测点，则认为这两点连续，从而形成一条连续线，并按线条方向依次判断边缘检测点，直至中止，由此形成一条或多条闭合边界线，并记录形成上述边界线的像素点坐标。
上述一条或多条闭合边界线所包围的区域即为球座涂色区域，该区域所包含的面积也即球座与球销接触的面积。
本发明还提供一种用于汽车球铰的球座贴合度的涂色区域分区检测方法，其特征在于：包括有如下步骤：
(a)对用于汽车的球铰的球销外球面均匀涂色，并将涂色后的球销组装于球铰结构中，该球铰结构由内至外依次为球销、球座、球套，该球铰结构中的球销可沿球座球面的中轴线自由转动或摆动，其中，球销的最大摆角由球套的柱面高度和内、外径尺寸所决定；再采用线切割方法沿球套中轴线所在的剖面方向对该球铰的球套进行线切割，取出与球销接触并已在内球面形成一定涂色区域的球座；
(b)将涂色后的球座固定放置于水平面上，利用灰度相机获取该球座的俯视图，从而得到上述球座俯视图的二维灰度图像，将该灰度图像导入至Matlab软件，并对其进行图像预处理；该预处理方法利用卷积定理进行频域滤波，并保留图像中的低频分量，同时去除图像中的边缘和噪声所对应的图像傅里叶频谱中的高频部分，采用低通滤波器即可除去或削弱噪声的影响并模糊边缘轮廓；
(c)遍历上述经预处理后的二维灰度图像中的每个像素点，基于灰度图像的种子点区域增长方法，确定涂色区域的闭环边界线上的各个像素点坐标；
(d)对上述边界线内的涂色区域进行分类，按照灰度值大小从小到大将上述涂色区域内的各个像素点依次分为各个梯级，不同的梯级代表了不同的贴合度；
(e)根据上述边界线在二维灰度图像中的像素点坐标值，在三维绘图软件中选择上视图作为草图绘制的基准面，绘制出包含有上述边界线的二维图像，并根据上述二维图像确定球座的三维理论球面的定位基准，同时根据球座的实测尺寸数据在三维绘图软件中绘制出球座的三维理论球面；
(f)将上述二维图像中的边界线沿球座中轴线方向投影至上述三维理论球面上；从而可计算求得球座内球面被上述闭环边界线所包围的球座涂色面积，以及该面积是否达到球座内球面总面积的80％，若否，则该球座的内球面尺寸不合格，也不用于下一步的球铰疲劳耐久试验，若是，则该球座的内球面尺寸合格，可用于下一步的球铰疲劳耐久试验。
优选地，所述步骤(b)中的低通滤波器具有传递函数：
Figure BDA0001961268090000041
其中D0为制定的非负数，D(u,v)为点(u,v)到滤波器中心的距离。
功率谱比为：
Figure BDA0001961268090000051
其中，Pf(u,v)为滤波前图像的功率谱，Pg(u,v)为滤波后图像的功率谱。
滤波前后的功率谱分别为：
Pf(u,v)＝|F(u,v)|2 (9)
Pg(u,v)＝|G(u,v)|2 (10)
二维高斯高通滤波器的传递函数的形式为：
Figure BDA0001961268090000052
其中，
Figure BDA0001961268090000053
σ表示高斯曲线扩展的程度，若σ＝D0，则二维高斯高通滤波器可表示为：
Figure BDA0001961268090000054
其中，D0是截止频率。当D(u，v)＝D0时，滤波器下降到它最大值的0.607倍。
优选地，所述步骤(c)中，以边缘点为中心，将其作为种子点，同一方向的8邻域范围内若也有其它边缘检测点，则认为这两点连续，从而形成一条连续线，并按线条方向依次判断边缘检测点，直至中止，由此形成一条或多条闭合边界线，并记录形成上述边界线的像素点坐标，上述一条或多条闭合边界线所包围的区域即为球座涂色区域，该区域所包含的面积也即球座与球销接触的面积。
优选地，所述步骤(d)中的所述梯级共计5个，按照灰度值从小到大依次排序为第一梯级、第二梯级、第三梯级、第四梯级和第五梯级；其中，第一梯级的灰度值范围为1-51，第二梯级的灰度值范围为52-102，第三梯级的灰度值范围为103-153，第四梯级的灰度值范围为154-204，第五梯级的灰度值范围为205-255。
优选地，步骤(e)中的三维绘图软件为SOLIDWORKS、PROE或INVENTOR。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用本发明所述的球座涂色面积及其贴合度分区检测方法，其检测结果客观、检测标准统一、自动化程度高，也避免了人为经验估算而导致的球座产品的检测数据稳定性差的问题，同时也基于更精密的灰度像素点的区域增长方法，解决了彩色数码图像边界辨识度低而导致的球座涂色面积判断误差较大的问题。因此，本发明所述的检测方法所得到的检测结果稳定性好、数据真实可靠，同时为球铰其它相关实验提供了真实、有效的基础数据，因而也提高了球铰产品整个检测链条中的检测效率。
附图说明
图1是本发明的三维球铰结构剖视图；
图2是本发明的球座结构三维视图；
图3为本发明的球座涂色面积一级划分示意图；
图4是本发明的球座涂色区域各梯级示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明采用如下技术方案：一种用于球铰的球座涂色面积检测方法，其特征在于：包括有如下步骤：
(a)对用于汽车的球铰的球销外球面均匀涂色，并将涂色后的球销组装于球铰结构中，该球铰结构由内至外依次为球销、球座、球套，该球铰结构中的球销可沿球座球面的中轴线自由转动或摆动，其中，球销的最大摆角由球套的柱面高度和内、外径尺寸所决定；再采用线切割方法沿球套中轴线所在的剖面方向对该球铰的球套进行线切割，取出与球销接触并已在内球面形成一定涂色区域的球座；
(b)将涂色后的球座固定放置于水平面上，利用灰度相机获取该球座的俯视图，从而得到上述球座俯视图的二维灰度图像，将该灰度图像导入至Matlab软件，并对其进行图像预处理；该预处理方法利用卷积定理进行频域滤波，并保留图像中的低频分量，同时去除图像中的边缘和噪声所对应的图像傅里叶频谱中的高频部分，采用低通滤波器即可除去或削弱噪声的影响并模糊边缘轮廓；或者采用小波变换对上述二维灰度图像进行预处理；
(c)遍历上述经预处理后的二维灰度图像中的每个像素点，基于灰度图像的种子点区域增长方法，确定涂色区域的闭环边界线上的各个像素点坐标；
(d)根据上述边界线在二维灰度图像中的像素点坐标值，在三维绘图软件中选择上视图作为草图绘制的基准面，绘制出包含有上述边界线的二维图像，并根据上述二维图像确定球座的三维理论球面的定位基准，同时根据球座的实测尺寸数据在三维绘图软件中绘制出球座的三维理论球面；
(e)将上述二维图像中的边界线沿球座中轴线方向投影至上述三维理论球面上；从而可计算求得球座内球面被上述闭环边界线所包围的球座涂色面积，以及该面积是否达到球座内球面总面积的70％、75％或80％，若否，则该球座的内球面尺寸不合格，若是，则该球座的内球面尺寸合格，可用于下一步的球铰疲劳耐久试验。
优选地，所述步骤(b)中的低通滤波器具有传递函数：
Figure BDA0001961268090000071
其中D0为制定的非负数，D(u,v)为点(u,v)到滤波器中心的距离。
功率谱比为：
Figure BDA0001961268090000072
其中，Pf(u,v)为滤波前图像的功率谱，Pg(u,v)为滤波后图像的功率谱。
滤波前后的功率谱分别为：
Pf(u,v)＝|F(u,v)|2 (15)
Pg(u,v)＝|G(u,v)|2 (16)
二维高斯高通滤波器的传递函数的形式为：
Figure BDA0001961268090000073
其中，
Figure BDA0001961268090000074
σ表示高斯曲线扩展的程度，若σ＝D0，则二维高斯高通滤波器可表示为：
Figure BDA0001961268090000075
其中，D0是截止频率。当D(u，v)＝D0时，滤波器下降到它最大值的0.607倍。
优选地，所述步骤(b)中，可以采用高斯高通滤波器或维纳滤波器，用于去除灰度图像中的噪点。
所述步骤(c)中，根据边缘连续线条的定义，以边缘点为中心，将其作为种子点，同一方向的8像素邻域或15像素邻域范围内若也有其它边缘检测点，则认为这两点连续，从而形成一条连续线，并按线条方向依次判断边缘检测点，直至中止，由此形成一条或多条闭合边界线，并记录形成上述边界线的像素点坐标。
上述一条或多条闭合边界线所包围的区域即为球座涂色区域，该区域所包含的面积也即球座与球销接触的面积。本发明还提供一种用于汽车球铰的球座贴合度的涂色区域分区检测方法，其特征在于：包括有如下步骤：
(a)对用于汽车的球铰的球销外球面均匀涂色，并将涂色后的球销组装于球铰结构中，该球铰结构由内至外依次为球销、球座、球套，该球铰结构中的球销可沿球座球面的中轴线自由转动或摆动，其中，球销的最大摆角由球套的柱面高度和内、外径尺寸所决定；再采用线切割方法沿球套中轴线所在的剖面方向对该球铰的球套进行线切割，取出与球销接触并已在内球面形成一定涂色区域的球座；
(b)将涂色后的球座固定放置于水平面上，利用灰度相机获取该球座的俯视图，从而得到上述球座俯视图的二维灰度图像，将该灰度图像导入至Matlab软件，并对其进行图像预处理；该预处理方法利用卷积定理进行频域滤波，并保留图像中的低频分量，同时去除图像中的边缘和噪声所对应的图像傅里叶频谱中的高频部分，采用低通滤波器即可除去或削弱噪声的影响并模糊边缘轮廓；或者采用小波变换对上述二维灰度图像进行预处理；
(c)遍历上述经预处理后的二维灰度图像中的每个像素点，基于灰度图像的种子点区域增长方法，确定涂色区域的闭环边界线上的各个像素点坐标；
(d)对上述边界线内的涂色区域进行分类，按照灰度值大小从小到大将上述涂色区域内的各个像素点依次分为各个梯级，不同的梯级代表了不同的贴合度；
(e)根据上述边界线在二维灰度图像中的像素点坐标值，在三维绘图软件中选择上视图作为草图绘制的基准面，绘制出包含有上述边界线的二维图像，并根据上述二维图像确定球座的三维理论球面的定位基准，同时根据球座的实测尺寸数据在三维绘图软件中绘制出球座的三维理论球面；
(f)将上述二维图像中的边界线沿球座中轴线方向投影至上述三维理论球面上；从而可计算求得球座内球面被上述闭环边界线所包围的球座涂色面积，以及该面积是否达到球座内球面总面积的70％、75％或80％，若否，则该球座的内球面尺寸不合格，若是，则该球座的内球面尺寸合格，可用于下一步的球铰疲劳耐久试验。
优选地，所述步骤(b)中的低通滤波器具有传递函数：
Figure BDA0001961268090000091
其中D0为制定的非负数，D(u,v)为点(u,v)到滤波器中心的距离。
功率谱比为：
Figure BDA0001961268090000092
其中，Pf(u,v)为滤波前图像的功率谱，Pg(u,v)为滤波后图像的功率谱。
滤波前后的功率谱分别为：
Pf(u,v)＝|F(u,v)|2 (21)
Pg(u,v)＝|G(u,v)|2 (22)
二维高斯高通滤波器的传递函数的形式为：
Figure BDA0001961268090000093
其中，
Figure BDA0001961268090000094
σ表示高斯曲线扩展的程度，若σ＝D0，则二维高斯高通滤波器可表示为：
Figure BDA0001961268090000095
其中，D0是截止频率。当D(u，v)＝D0时，滤波器下降到它最大值的0.607倍。
优选地，所述步骤(b)中，可以采用高斯高通滤波器或维纳滤波器，用于去除灰度图像中的噪点。
优选地，所述步骤(c)中，并根据边缘连续线条的定义，以边缘点为中心，将其作为种子点，同一方向的8像素邻域或15像素邻域范围内若也有其它边缘检测点，则认为这两点连续，从而形成一条连续线，并按线条方向依次判断边缘检测点，直至中止，由此形成一条或多条闭合边界线，并记录形成上述边界线的像素点坐标。
优选地，所述步骤(d)中的所述梯级共计5个，按照灰度值从小到大依次排序为第一梯级、第二梯级、第三梯级、第四梯级和第五梯级；其中，第一梯级的灰度值范围为1-51，第二梯级的灰度值范围为52-102，第三梯级的灰度值范围为103-153，第四梯级的灰度值范围为154-204，第五梯级的灰度值范围为205-255。
优选地，为使梯级分布更精确，步骤(d)中的所述梯级可以分为其它数量，其中包括但不限于梯级数量共计10个，此时，按照灰度值从小到大依次排序为第一梯级、第二梯级、……、第十梯级；其中，第一梯级的灰度值范围为1-25，第二梯级的灰度值范围为26-50，第三梯级的灰度值范围为51-75，第四梯级的灰度值范围为76-100，第五梯级的灰度值范围为101-125，第六梯级的灰度值范围为126-150，第七梯级的灰度值范围为151-175，第八梯级的灰度值范围为176-200，第九梯级的灰度值范围为201-225，第十梯级的灰度值范围为226-255。
优选地，步骤(e)中的三维绘图软件为SOLIDWORKS、PROE或INVENTOR。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种用于球铰的球座涂色面积检测方法，其特征在于：包括有如下步骤：
(a)对用于汽车的球铰的球座内球面均匀涂色，并将涂色后的球座组装于球铰结构中，该球铰结构由内至外依次为球销、球座、球套，该球铰结构中的球销可沿球座球面的中轴线自由转动或摆动，其中，球销的最大摆角由球套的柱面高度和内、外径尺寸所决定；再采用线切割方法沿球套中轴线所在的剖面方向对该球铰的球套进行线切割，取出与球销接触并已在内球面形成一定涂色区域的球座；
(b)将涂色后的球座固定放置于水平面上，利用灰度相机获取该球座的俯视图，从而得到上述球座俯视图的二维灰度图像，将该灰度图像导入至Matlab软件，并对其进行图像预处理；该预处理方法利用卷积定理进行频域滤波，并保留图像中的低频分量，同时去除图像中的边缘和噪声所对应的图像傅里叶频谱中的高频部分，采用低通滤波器即可除去或削弱噪声的影响并模糊边缘轮廓；采用高斯高通滤波器或维纳滤波器，用于去除所述灰度图像中的噪点；
(c)遍历上述经预处理后的二维灰度图像中的每个像素点，基于灰度图像的区域增长方法，确定涂色区域的闭环边界线上的各个像素点坐标；其中，以边缘点为中心，将其作为种子点，同一方向的8邻域范围内若也有其它边缘检测点，则认为这两点连续，从而形成一条连续线，并按线条方向依次判断边缘检测点，直至中止，由此形成一条或多条闭合边界线，并记录形成上述边界线的像素点坐标，上述一条或多条闭合边界线所包围的区域即为球座涂色区域，该区域所包含的面积也即球座与球销接触的面积；
对上述边界线内的涂色区域进行分类，按照灰度值大小从小到大将上述涂色区域内的各个像素点依次分为各个梯级，不同的梯级代表了不同的贴合度；所述各个梯级均包括了一定数量的、并且处于一定灰度区间范围内的像素点；
(d)根据上述边界线在二维灰度图像中的像素点坐标值，在三维绘图软件中选择上视图作为草图绘制的基准面，绘制出包含有上述边界线的二维图像，并根据上述二维图像确定球座的三维理论球面的定位基准，同时根据球座的实测尺寸数据在三维绘图软件中绘制出球座的三维理论球面；
(e)将上述二维图像中的边界线沿球座中轴线方向投影至上述三维理论球面上；从而可计算求得球座内球面被上述闭环边界线所包围的球座涂色面积，以及该面积是否达到球座内球面总面积的80％，若否，则该球座的内球面尺寸不合格，也不用于下一步的球铰疲劳耐久试验，若是，则该球座的内球面尺寸合格，可用于下一步的球铰疲劳耐久试验。
2.如权利要求1所述的方法，所述步骤(b)中的低通滤波器具有传递函数：
Figure FDA0002766846750000021
其中D0为制定的非负数，D(u,v)为点(u,v)到滤波器中心的距离；
功率谱比为：
Figure FDA0002766846750000022
其中，Pf(u,v)为滤波前图像的功率谱，Pg(u,v)为滤波后图像的功率谱；
滤波前后的功率谱分别为：
Pf(u,v)＝|F(u,v)|2
Pg(u,v)＝|G(u,v)|2
其中，F(u,v)与G(u,v)分别表示滤波前后的图像的频域；
二维高斯高通滤波器的传递函数的形式为：
Figure FDA0002766846750000023
其中，图像的尺寸为M×N，从点(u,v)到频率平面原点(M/2,N/2)的距离为
Figure FDA0002766846750000025
σ表示高斯曲线扩展的程度，若σ＝D0，则二维高斯高通滤波器可表示为：
Figure FDA0002766846750000024
其中，D0是截止频率；当D(u，v)＝D0时，滤波器下降到它最大值的0.607倍。
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