CN110567973B - 一种基于图像采集的活塞检测平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于图像采集的活塞检测平台及方法,包括图像采集装置和计算机。所述图像采集装置包括工作台,所述工作台的上表面设有旋转机构,所述旋转机构能够夹持活塞,所述旋转机构能够带动活塞沿自身竖直轴线转动。所述工作台的上部设有多个图像采集机构,多个图像采集机构围绕旋转机构设置,多个图像采集机构能够分别以不同角度对活塞进行拍照以采集活塞不同角度的图像,所述图像采集机构将照片传递给计算机。所述计算机能够对照片进行图像识别以判断活塞的各参数是否满足要求。本发明能够实现活塞品质的自动检测,减少人工凭借肉眼检测时的误差,减少检测人员的劳动强度。
Description
技术领域
本发明属于活塞检测技术领域,具体涉及一种基于图像采集的活塞检测平台及方法。
背景技术
随着产品零件生产、装配技术和系统自动化的快速发展,社会发展对各种产品的质量和形状误差检测以及精确的过程控制提出了越来越高的要求。
发明人了解到,国内外对活塞品质检测所采纳的根本措施有三种:一是人工目视检测,直接用人的眼睛窥探进行大致的判别;二是用光电内窥装置将放大后的图像投射到屏幕上,仍然依靠人眼观察进行判别;三是激光检测,通过发射激光到检测件表面,再通过电子接收元件接收反馈信息,形成表面形状及其细节。
这三种方法第一种劳动强度过大,并且会发生误检测,质量不能保障。第二种方法比第一种方便一些,减轻了检测人员的疲劳强度,但从根本来说还是人工检测为主,难以实现规范化。第三种检测方法需要在暗室条件下工作。而且检测系统复杂,投资大,操作技术要求熟练。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种基于图像采集的活塞检测平台,能够实现活塞品质的自动检测,减少人工凭借肉眼检测时的误差,减少检测人员的劳动强度。
本发明的第二目的是提供一种基于图像采集的活塞检测方法,利用上述基于图像采集的活塞检测平台,指导活塞的检测。
为实现上述目的,本发明提供一种基于图像采集的活塞检测平台,包括图像采集装置和计算机。
所述图像采集装置包括工作台,所述工作台的上表面设有旋转机构,所述旋转机构能够夹持活塞,所述旋转机构能够带动活塞沿自身竖直轴线转动。
所述工作台的上部设有多个图像采集机构,多个图像采集机构围绕旋转机构设置,多个图像采集机构能够分别以不同角度对活塞进行拍照以采集活塞不同角度的图像,所述图像采集机构将照片传递给计算机。所述计算机能够对照片进行图像识别以判断活塞的各参数是否满足要求。
采用图像采集机构分别以不同角度对活塞进行拍照的方式,能够采集得到相应位置的图片信息,为计算机的图像识别与活塞是否满足要求的判断提供基础。
采用旋转机构带动活塞沿竖直轴线方向转动,使得每个图像采集机构能够分别拍摄设定位置的活塞图像。
进一步,所述图像采集机构包括相机和机架,所述机架能够带动相机在竖直方向和设定水平直线方向移动以使得相机与所要拍摄的活塞具有设定位置关系并实现相机焦距的调节。
采用机架带动相机能够在设定方向移动,以使得相机相对于旋转机构的位置、焦距可调;图像采集机构能够适应不同大小规格的活塞检测。
进一步,所述图像采集机构分为设置在旋转机构四周的周向图像采集机构和设置在旋转机构上方的顶部图像采集机构。
所述周向图像采集机构能够对活塞的侧面拍摄照片,所述顶部图像采集机构能够对活塞的顶面拍摄照片。
进一步,所述顶部图像采集机构中机架包括两个竖向筋板,两个竖向筋板的顶部安装有横向筋板,所述横向筋板在竖直线性模组的带动下能够沿竖向筋板上下移动。
所述横向筋板的下表面安装有固定盘,所述固定盘的下表面安装有四个相机。固定盘下表面的四个相机分别用于拍摄活塞上顶面中长轴或短轴与外圆轮廓相交的部分。
所述顶部图像采集机构拍摄的照片用于检测活塞长轴和短轴尺寸公差及顶面圆的椭圆度。
进一步,固定盘下表面的四个相机呈矩形排布,四个相机之间的距离可以调节以适应不同规格的活塞拍摄。
进一步,所述周向图像采集机构包括:
用于采集外表面缺陷的第一图像采集机构;
用于采集环槽深度和宽度信息的第二图像采集机构;
用于采集销孔同轴度及销孔中心线到活塞顶面距离信息的第三图像采集机构;
用于采集销孔圆度和直径的第五图像采集机构;
与第三图像采集机构共同使用以采集活塞中心线同轴度的第四图像采集机构。
进一步,所述第三图像采集机构与第四图像采集机构关于旋转机构中心的连线的夹角为90度。即第三图像采集机构的拍摄方向与第四图像采集机构的拍摄方向夹角为90度。
本发明还提供一种基于图像识别的活塞检测方法,包括以下步骤:
根据所要测量的活塞的型号调整周向图像采集机构、顶部图像采集机构中相机的位置,使得相机能够在旋转平台旋转过程中正对于所要拍摄的活塞部位;
将生产后的活塞放置在旋转平台上部,利用旋转平台进行夹持;
旋转平台在旋转的过程中带动活塞转动,相机拍照并传递给计算机;
计算机根据相机传递的活塞各角度照片进行图像识别,并同预设参数比较,判断活塞的质量是否满足要求。
本发明的有益效果:
(1)本发明实现了对相机的焦距、位置调节,以达到对活塞的精确检测。通过图像采集、图像处理技术,来对活塞的缺陷进行分析。本发明提高了检测活塞的效率,为活塞生产质量的提高提供了重要保障。
(2)采用图像采集机构分别以不同角度对活塞进行拍照的方式,能够采集得到相应位置的图片信息,为计算机的图像识别与活塞是否满足要求的判断提供基础。
(3)采用旋转机构带动活塞沿竖直轴线方向转动,使得图像采集机构能够分别正对于所要拍摄的活塞部位;同时对于采集活塞外表面缺陷信息的相机来说,能够使得活塞外侧面分别对准该相机,便于采集活塞表面信息。
(4)采用机架带动相机能够在设定方向移动,以使得相机相对于旋转机构的位置可调;图像采集机构能够适应不同大小规格的活塞检测。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的限定。
图1是本发明实施例中整体结构示意图;
图2是本发明实施例中图像采集装置的示意图;
图3是本发明实施例中旋转机构的示意图;
图4是本发明实施例中顶部图像采集装置的示意图;
图5是本发明实施例中第三图像采集机构的示意图;
图6是本发明实施例中第二图像采集机构的示意图;
图7是本发明实施例中第五图像采集机构的示意图。
图8是本发明实施例中微调装置示意图。
其中,1、计算机;2、图像采集装置;3、第一图像采集机构;4、第二图像采集机构;5、第三图像采集机构;6、顶部图像采集机构;7、第四图像采集机构,8、第五图像采集机构;9、旋转机构;10、活塞托盘;11、三爪卡盘;12、卡盘法兰;13、电机座;14、联轴器;15、电机连接板;16、电机;
17、竖向筋板;18、线性导轨;19、固定盘;20、旋转台电机;21、横向筋板;22、微调装置;23、连接板;24、水平线性模组;22A、滑台;22B、转动座;22C、把手;22D、转动丝杠;
25、水平筋板;26、竖直筋板;27、竖直线性模组;28、相机固定板;29、相机;30、电机线性模组;31、旋转台。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明的一种典型实施方式中,一种基于图像采集的活塞检测平台,包括图像采集装置2和计算机1。
所述图像采集装置2包括工作台,所述工作台的上表面设有旋转机构9,所述旋转机构9能够夹持活塞,所述旋转机构9能够带动活塞沿自身竖直轴线转动。
所述工作台的上部设有多个图像采集机构,多个图像采集机构围绕旋转机构9设置,多个图像采集机构能够分别以不同角度对活塞进行拍照以采集活塞不同角度的图像,所述图像采集机构将照片传递给计算机1。
所述计算机1能够对照片进行图像识别以判断活塞的各参数是否满足要求。
所述图像采集机构包括相机29和机架,所述机架能够带动相机29在竖直方向和设定水平直线方向移动以使得相机29与所要拍摄的活塞具有设定位置关系,并实现相机焦距的调节。
以下对各机构进行具体结构描述:
旋转机构9:如图3所示,所述旋转机构9包括与工作台上表面固定连接的电机16,所述电机16机壳的上端面与电机连接板15固定连接,电机连接板15的上方固定设有电机座13,所述电机16的输出轴竖直向上布置,所述电机16的输出轴通过联轴器14与转轴连接,转轴竖直向上布置,且转轴的上端与卡盘法兰12固定连接,卡盘法兰12与三爪卡盘11固定连接,三爪卡盘11与活塞托盘10固定,活塞托盘10的上部设有凸台,凸台与活塞下部的内孔卡合。
当需要检测的活塞规格不同时,在三爪卡盘11中夹持不同规格的活塞托盘10即可。
将活塞放置于活塞托盘10上,进行外表面缺陷检测时,电机转动带动三爪卡盘1以及活塞托盘10转动,进而带动待测活塞转动,进行全面检测。
图像采集机构:
所述图像采集机构分为设置在旋转机构9四周的周向图像采集机构和设置在旋转机构9上方的顶部图像采集机构6。所述周向图像采集机构能够对活塞的侧面拍摄照片,所述顶部图像采集机构6能够对活塞的顶面拍摄照片。
所述周向3图像采集机构的数量为多个,所述周向图像采集机构包括:
用于采集外表面缺陷的第一图像采集机构3。
用于采集环槽深度和宽度信息的第二图像采集机构4。
用于采集销孔同轴度及销孔中心线到活塞顶面距离信息的第三图像采集机构5。
用于采集活塞中心线同轴度的检测装置第三图像采集机构5和第四图像采集机构7。
用于采集销孔圆度和直径的第五图像采集机构8。
其中,所述第三图像采集机构5与第四图像采集机构7为便于检测活塞中心线同轴度,使其关于旋转机构9的中心连线的夹角为90度。即第三图像采集机构的拍摄方向与第四图像采集机构的拍摄方向夹角为90度。
周向图像采集机构:
第一图像采集机构、第二图像采集机构、第三图像采集机构、第四图像采集机构和第五图像采集机构的结构基本相同,区别在于,相机的位置、机架调节的精度、行程等可由本领域技术人员自行设置。
需要指出的是,每个图像采集机构中除去相机的部分均为上文所述的机架。
所述周向图像采集机构包括水平筋板25,所述水平筋板25中安装有水平线性模组24,水平线性模组24与竖直筋板26固定连接,所述竖直筋板26中安装有竖直线性模组27连接,所述竖直线性模组27与相机29固定连接。
所述水平线性模组24包括安装于水平筋板25上部的第一丝杠螺母机构,所述第一丝杠螺母机构的螺母结构与竖直筋板26固定连接。
所述竖直筋板26上安装有第二丝杠螺母机构,所述第二丝杠螺母机构的螺母结构与相机固定板28连接,相机固定板28上安装有相机29。
具体的,第一丝杠螺母机构包括第一丝杠和第一滑块(即螺母结构),将第一丝杠与水平筋板25转动连接,第一滑块中设有螺纹内孔,第一丝杠与第一滑块配合,通过第一丝杠的转动来驱动第一滑块沿第一丝杠轴线方向的平移。第一滑块与竖直筋板26固定连接,竖直筋板26竖直布置。
所述第二丝杠螺母机构包括第二丝杠和第二滑块(即螺母结构),将第二丝杠与竖直筋板26转动连接,第二滑块中设有螺纹内孔,第二丝杠与第二滑块配合,通过第二丝杠的转动来驱动第二滑块沿第二丝杠轴线方向的平移。所述第二丝杠与相机固定板28连接,相机固定板28用于安装相机29。
从图2中可以看出,第一图像采集机构、第三图像采集机构和第四图像采集机构的结构相同,其竖直线性模组和水平线性模组均为手摇驱动,即第一丝杠及第二丝杠通过手摇以实现转动。
图5给出了第三图像采集机构5的具体结构示意图,第三图像采集机构5和第四图像采集机构7、第一图像采集机构3的结构相同,第一丝杠和第二丝杠均通过把手转动来驱动。
图6给出了第二图像采集机构4的示意图,第二图像采集机构4中竖向线性模组由电机16作为动力,代替手摇把手驱动,形成了电机线性模组30。
图7给出了第五图像采集机构的示意图,与第三图像采集机构不同的是,为了检测销孔圆度和直径,检测项目精度要求高,因此本机构有两个高精度小视野相机通过相机连接板连接到精密的旋转台31上,通过旋转相机对活塞销孔进行精密检测,旋转台电机20驱动旋转台31转动。旋转台电机20的机壳与竖直线性模组中的螺母结构固定。
顶部图像采集机构6,如图4、8所示:
所述顶部图像采集机构6中机架包括两个竖向筋板17,两个竖向筋板17的顶部安装有横向筋板21,所述横向筋板21在竖直线性模组27的带动下能够沿竖直方向上下移动。
具体的,所述横向筋板水平布置,竖向筋板相对的侧面分别安装有一个竖直线性模组,所述竖直线性模组为丝杠螺母机构,横向筋板的两端分别与丝杠螺母机构中的螺母结构固定。
所述横向筋板21的下表面安装有固定盘19,所述固定盘19的下表面安装有四个相机29。
所述顶部图像采集机构6拍摄的照片用于检测活塞长轴和短轴尺寸公差及顶面圆的椭圆度。
固定盘19的下表面的四个相机29呈菱形分布,其中相对的距离较近两个相机用来检测活塞顶面圆短轴的尺寸公差,另外两个用来检测活塞顶面圆长轴的尺寸公差,四个相机29之间的距离可以调节以适应不同规格的活塞拍摄。
相机29通过微调装置22与固定盘19连接,通过丝杠螺母机构来进行调节的微调装置22可以调节四个相机29之间的间距。
图8给出调节相机距离的微调装置的部分结构示意图,通过丝杠和螺母配合推动相机进行调整。
具体的,在固定盘19的下表面设置有相互垂直的两个滑槽,所述滑槽中设置滑台22A,固定盘下表面通过转动座与转动丝杠22D的光轴段转动连接,所述转动座22B能够限制转动丝杠沿自身中心轴线的平移,使得转动丝杠只能够沿自身中心轴线转动,所述转动丝杠的螺纹段伸入滑台22A中的螺纹孔中,所述转动丝杠远离滑台22A的一端与把手22C固定连接。滑台22A的下端面固定设置相机,利用滑台带动相机的运动。
需要指出的是,本方案中每一个相机的位置都设有一个光源(可为LED灯),光源的照射方向与当前相机的拍摄方向同向。
本实施例还提供一种基于图像识别的活塞检测方法,包括以下步骤:
根据所要测量的活塞的型号调整周向图像采集机构、顶部图像采集机构6中相机29的位置,使得相机29能够在旋转平台旋转过程中正对于所要拍摄的活塞部位。
将生产后的活塞放置在旋转平台上部,利用旋转平台进行夹持。
旋转平台在旋转的过程中带动活塞转动,相机29拍照并传递给计算机1。
计算机1根据相机29传递的活塞各角度照片进行图像识别,并同预设参数比较,判断活塞的质量是否满足要求。
具体的,以下对各图像采集机构与计算机配合的工作原理进行详细描述:
第一图像采集机构3:第一图像采集机构3能够在旋转机构带动活塞旋转的过程中,以设定频率拍照,采集活塞外侧面全部的图像信息,将彩色图像信息转化成灰度图像,然后进行灰度图像增强,进行图像的二值化处理,得到二值化图像,计算机通过对二值化图像中是否有像素灰度值的突变来判断是否有缺陷存在。
第二图像采集机构4:所述第二图像采集机构4能够在在旋转机构带动活塞旋转的过程中,以设定频率拍照,采集活塞外侧面环形凹槽处的图像信息,将彩色图像信息转化成灰度图像,然后进行灰度图像增强,然后进行图像的二值化处理,得到二值化图像,计算机计算二值化图像中环形凹槽的深度和宽度信息。
第三图像采集机构5:旋转机构带动活塞的销轴孔旋转到正对于第三图像采集机构5的相机时,所述第三图像采集机构5能够以设定频率拍照,采集活塞外侧面图像信息,将彩色图像信息转化成灰度图像,然后进行灰度图像增强,然后进行图像的二值化处理,得到二值化图像,计算机计算二值化图像中销孔中心线距离活塞顶面的距离信息、以及两个销轴孔的同轴度。
第三图像采集机构5与第四图像采集机构7的配合:当旋转机构带动活塞转动时,第三图像采集机构5以及第四图像采集机构7以设定频率对活塞外侧面拍照。
在任意一时刻,将两个相机拍摄的照片分别传递给计算机进行上述处理(最终得到二值化图像)。计算机根据二值化图像进一步得到两个位置活塞裙部与头部的同轴度。具体的,以裙部的中心轴线为基准轴线,以头部的基准轴线作为待测轴线,计算头部基准轴线相对于裙部基准轴线的同轴度偏差来作为活塞的同轴度偏差。
在垂直第三相机拍摄方向所在平面得到的同轴度偏差范围为A1-A2,在垂直第四相机拍摄方向所在平面得到的同轴度偏差范围为B1-B2。
设:空间中同轴度偏差最小值为C1;同轴度偏差最大值为C2;
C2 2=A2 2+B2 2;C1 2=A1 2+B1 2;求出C1和C2的数值。
即综合第三相机与第四相机得出来同轴度偏差值的范围C1-C2。
第五图像采集机构8:旋转机构带动活塞旋转,当销轴孔正对于第五图像采集装置的相机时,旋转机构停止旋转,两个相机分别拍摄该处销轴孔关于圆心对称的两段圆弧的图像(相机的拍摄面积较小,仅拍摄销轴孔边缘处的图像,此时第五图像采集装置中两个相机关于销轴孔圆心180对称,因此可以同时拍摄关于圆心对称的两段圆弧),与上述处理过程相同,得到二值化图像;根据二值化图像中圆弧的形状,圆弧在图片中的位置以及两个相机之间的距离计算此时刻销轴孔的直径。
两个相机边旋转边拍照,测得销轴孔的多个直径数值,然后进行销轴孔的圆度判断。
顶部图像采集机构6:与第五图像采集机构8的工作原理类似,区别在于,此处的四个相机不发生转动;当活塞随旋转机构转动到设定位置时,使得四个相机正好正对于活塞顶面椭圆面中长轴、短轴的顶点位置,四个相机分别拍摄处四段圆弧,通过圆弧在图片中的位置,圆弧的形状以及四个相机之间的位置关系,得到活塞顶面椭圆面的长轴与短轴长度。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种基于图像采集的活塞检测平台,其特征在于,包括图像采集装置和计算机;
所述图像采集装置包括工作台,所述工作台的上表面设有旋转机构,所述旋转机构能够夹持活塞,所述旋转机构能够带动活塞沿自身竖直轴线转动;
所述工作台的上部设有多个图像采集机构,多个图像采集机构围绕旋转机构设置,多个图像采集机构能够分别以不同角度对活塞进行拍照以采集活塞不同角度的图像,所述图像采集机构将照片传递给计算机;
所述图像采集机构分为设置在旋转机构四周的周向图像采集机构和设置在旋转机构上方的顶部图像采集机构;
所述周向图像采集机构能够对活塞的侧面拍摄照片,所述顶部图像采集机构能够对活塞的顶面拍摄照片;
所述周向图像采集机构的数量为多个,所述周向图像采集机构包括:
用于采集外表面缺陷的第一图像采集机构;
用于采集环槽深度和宽度信息的第二图像采集机构;
用于采集销孔同轴度及销孔中心线到活塞顶面距离信息的第三图像采集机构;
与第三图像采集机构共同使用以采集活塞中心线同轴度的第四图像采集机构;当旋转机构带动活塞转动时,第三图像采集机构以及第四图像采集机构以设定频率对活塞外侧面拍照;计算机根据二值化图像进一步得到两个位置活塞裙部与头部的同轴度,具体的,以裙部的中心轴线为基准轴线,以头部的基准轴线作为待测轴线,计算头部基准轴线相对于裙部基准轴线的同轴度偏差来作为活塞的同轴度偏差,
在垂直第三相机拍摄方向所在平面得到的同轴度偏差范围为A1-A2,在垂直第四相机拍摄方向所在平面得到的同轴度偏差范围为B1-B2,
设:空间中同轴度偏差最小值为C1;同轴度偏差最大值为C2;
C2 2=A2 2+B2 2;C1 2=A1 2+B1 2;求出C1和C2的数值,
即综合第三相机与第四相机得出来同轴度偏差值的范围C1-C2;
用于采集销孔圆度和直径的第五图像采集机构;所述第五图像采集机构,有两个相机通过相机连接板连接到精密的旋转台上,旋转机构带动活塞旋转;当销轴孔正对于第五图像采集装置的相机时,旋转机构停止旋转,两个相机分别拍摄该处销轴孔关于圆心对称的两段圆弧的图像,进行图像的二值化处理,得到二值化图像;根据二值化图像中圆弧的形状,圆弧在图片中的位置以及两个相机之间的距离计算此时刻销轴孔的直径;
所述计算机能够对照片进行图像识别以判断活塞的各参数是否满足要求。
2.根据权利要求1所述的基于图像采集的活塞检测平台,其特征在于,所述图像采集机构包括相机和机架,所述机架能够带动相机在竖直方向和设定水平直线方向移动以使得相机与所要拍摄的活塞具有设定位置关系并实现相机焦距的调节。
3.根据权利要求1所述的基于图像采集的活塞检测平台,其特征在于,所述顶部图像采集机构中机架包括两个竖向筋板,两个竖向筋板的顶部安装有横向筋板,所述横向筋板在竖直线性模组的带动下能够沿竖直方向上下移动;
所述横向筋板的下表面安装有固定盘,所述固定盘的下表面安装有四个相机;
所述顶部图像采集机构拍摄的照片用于检测活塞长轴和短轴尺寸公差及顶面圆的椭圆度。
4.根据权利要求3所述的基于图像采集的活塞检测平台,其特征在于,固定盘下表面的四个相机呈矩形排布,四个相机之间的距离可以调节以适应不同规格的活塞拍摄。
5.根据权利要求3所述的基于图像采集的活塞检测平台,其特征在于,所述周向图像采集机构包括水平筋板,所述水平筋板中安装有水平线性模组,水平线性模组与竖直线性模组连接,所述竖直线性模组与相机固定连接。
6.根据权利要求5所述的基于图像采集的活塞检测平台,其特征在于,所述水平线性模组包括安装于水平筋板上部的第一丝杠螺母机构,所述第一丝杠螺母机构的螺母结构与竖直筋板固定连接;
所述竖直筋板上安装有第二丝杠螺母机构,所述第二丝杠螺母机构的螺母结构与相机固定板连接,相机固定板与相机固定连接。
7.根据权利要求1所述的基于图像采集的活塞检测平台,其特征在于,所述第三图像采集机构与第四图像采集机构关于旋转机构中心的连线夹角为90度。
8.一种基于权利要求1-7任一所述的基于图像采集的活塞检测平台的检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
根据所要测量的活塞的型号调整周向图像采集机构、顶部图像采集机构中相机的位置,使得相机能够在旋转平台旋转过程中正对于所要拍摄的活塞部位;
将生产后的活塞放置在旋转平台上部,利用旋转平台进行夹持;
旋转平台在旋转的过程中带动活塞转动,相机拍照并传递给计算机;
计算机根据相机传递的活塞各角度照片进行图像识别,并同预设参数比较,判断活塞的质量是否满足要求。
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