CN110836897A - 一种气缸盖罩加工表面成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气缸盖罩加工表面成像装置，包括机架(12)、工业相机和光源，所述的工业相机和光源设置于机架(12)上，所述的工业相机包括对应设置于气缸盖罩工位的上方、侧方和下方的顶部相机(1)、小型相机(9)和侧面相机(10)，所述的光源包括环形光源(2)和水平面光源(5)，所述的环形光源(2)同轴设置于工业相机上，所述的水平面光源(5)设置于气缸盖罩工位的侧方。与现有技术相比，本发明具有效率高、成像质量好等优点。

Description

一种气缸盖罩加工表面成像装置及方法

技术领域

本发明涉及气缸盖罩制造业质量检测领域，尤其是涉及一种气缸盖罩加工表面成像装置及方法。

背景技术

气缸罩盖是盖在发动机缸体上的罩壳，能够防止外界杂质进入到发动机内，同时起到密封的作用。在气缸盖罩的工业制造流程中，气缸盖罩的加工表面在加工以及运输的过程中难免存在磕伤、划伤、挫伤、气隙和杂质等影响产品质量的缺陷，因此质量检测工序必不可少。

目前，生产过程中的质量检测常基于人工检测，即厂家使用人工来进行目视缺陷检测，而气缸盖罩工件本身复杂的工艺流程使得人工检测的难度大且精度不高，具体来说有以下三点问题：一是气缸盖罩是一种通过增材制造加工出来的复杂工件，其需要检测的区域在空间中散乱分布，不存在一个能够完全适用于任何型号气缸盖罩的缺陷检测系统；二是对于不同的加工区域其检测要求也不同，在实际检测过程中，工人目测尺寸不能做的十分精确，往往需要辅助参照卡进行缺陷尺寸或者圆孔尺寸的检测；三是在手持气缸工件旋转目视检测的过程中，光线及成像效果是不定的，因此细小缺陷或成像效果不明显的划痕很容易被忽略，同时由于人的疲劳，完成大量检测之后可能会导致标准的降低以及漏检，并且检出的缺陷不方便统计记录。

针对上述问题，现有技术也给出了解决方案，中国专利CN108375585A提出了一种多角度视觉缺陷检测平台及检测方法，该平台包括计算机、柔光罩、光源、摄像头组、夹具及步进电机，柔光罩内设置光源、摄像头组及夹具，所述摄像头组设置在柔光罩的一侧内壁上，夹具设置在摄像头组的对侧，位于摄像头组的视场范围内，所述步进电机驱动夹具上下运动及旋转运动，计算机根据摄像头组输出的夹具图像进行缺陷检测。

该专利的检测平台结构简单，能够使得工件在柔光罩内根据要求旋转指定角度，实现物体的多角度检测，节省人力，提高了精度，可广泛应用于各种注塑制件、增材制造等视觉检测领域。

但是运用该专利具有以下几点问题：

一是该平台仅固定设置，相机位置无法移动，仅通过夹具控制工件位姿进行图像获取，而气缸盖罩是通过增材制造出来的复杂工件，其需要进行缺陷检测的区域错综复杂，对于凸轮轴轴承内壁通孔等不在工件表面的检测区域，该检测平台所获得的图像中检测区域会偏离图像中心，导致严重的畸变，影响检测精度，同时光源无法照射到该区域，导致图像的质量不理想；

二是该检测平台只设置了一台相机，要完成气缸盖罩各个区域的检测需要花费大量时间，同时检测复杂工件时会出现视觉盲区，无法完成检测任务。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种气缸盖罩加工表面成像装置及方法，通过工业相机、光源和气缸盖罩位姿的相互配合，针对性地获取图像，提高了气缸盖罩加工表面成像的效率和质量，同时工业相机的数量和位置可根据气缸盖罩的具体型号灵活设置，装置的适用范围广。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种气缸盖罩加工表面成像装置，用于气缸盖罩加工表面的缺陷检测，该装置与上位机和机械臂配合，包括机架、工业相机和光源，所述的工业相机设置于机架上，且包括对应设置于气缸盖罩工位的上方、侧方和下方的多个顶部相机、小型相机和侧面相机，所述的光源包括环形光源和水平面光源且可调节亮度，所述的环形光源同轴设置于工业相机上，所述的水平面光源与机架连接设置于气缸盖罩工位的侧方。

进一步地，所述的成像部位包括正面加工表面、侧面加工表面、凸轮轴轴承通孔内壁和背面加工表面。

进一步地，所述的顶部相机通过顶部相机底座滑轨与机架连接，所述的顶部相机底座滑轨水平安装于机架顶部下方，所述的顶部相机滑动安装在顶部相机底座滑轨，并通过相机底座位置固定栓固定位置。

进一步地，所述的侧面相机通过侧面相机底座滑轨与机架连接，侧面相机底座滑轨倾斜安装于机架侧面内侧，所述的侧面相机滑动安装在侧面相机底座滑轨上，并通过相机底座位置固定栓固定位置；

侧面相机底座滑轨倾斜安装的角度根据检测正面加工表面时气缸盖罩倾斜的角度确定，以实现侧面加工表面与正面加工表面图像的同步采集。

进一步地，所述的水平面光源通过依次相连的面光源底座和面光源支架与机架连接，所述的水平面光源呈长条形且安装于面光源底座上，所述的面光源支架横向穿插在机架侧面。

进一步地，所述的面光源支架的竖直侧面上开有定位孔，通过伸缩面光源支架，并通过定位孔固定面光源支架。

进一步地，所述的面光源支架的竖直侧面上开有定位孔，所述的面光源支架与机架侧面连接并通过定位孔调整伸缩距离以调整水平面光源距气缸盖罩加工表面的距离。

进一步地，所述的小型相机通过依次连接的小型相机支架、小型相机底座滑轨和小型相机底座与机架连接，所述的小型相机支架与小型相机底座滑轨铰接并通过相机底座位置固定栓固定位置，通过旋转小型相机支架调节小型相机的高度，小型相机的最大横向尺寸小于气缸盖罩的凸轮轴轴承通孔直径。

一种利用气缸盖罩加工表面成像装置实现的气缸盖罩加工表面成像方法，包括：

S1：通过上位机操控机械臂将气缸盖罩夹持并移动至至机架内的工位上；

S2：调整气缸盖罩成像部位的位姿，并调整工业相机的数量、位置和间距以及光源的角度和位置，通过工业相机获取其成像范围内成像部位的图像；

其中，所述的成像部位包括正面加工表面、侧面加工表面、凸轮轴轴承通孔内壁和背面加工表面；

所述的正面加工表面包括气缸盖密封面区域，该区域为气缸盖罩正面的切削加工表面，获取正面加工表面的图像时，通过机械臂调整正面加工表面的倾斜角度，配合调整环形光源的亮度，通过面光源支架和面光源底座对应调整水平面光源的距离和仰角，使得正面加工表面包含在顶部相机的视野范围内且成像清晰，同时将正面加工表面分为三个条状区域，通过顶部相机依次采集三个条状区域的图像；

所述的侧面加工表面包括配气侧密封面和离合器侧密封面，在获取正面加工表面的图像的同时，配合调整侧面相机和环形光源，通过侧面相机获取侧面加工表面的图像；

将小型相机同轴伸入凸轮轴轴承通孔，配合调整环形光源，通过小型相机获得凸轮轴轴承通孔内壁的图像；

所述的背面加工表面包括通孔端截面、螺栓孔的圆形轮廓区域和机油密封盖区域，配合调整顶部相机和环形光源，通过顶部相机获得背面加工表面的图像。

与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：

(1)本发明在机架内气缸盖罩工位的上方、侧方和下方设置了顶部相机、小型相机和侧面相机，所有工业相机上同轴设置了环形光源，气缸盖罩工位的侧面设置了水平面光源，对于气缸盖罩不同加工表面的物理特征，可针对性地通过工业相机、光源和气缸盖罩位姿的相互配合，在不需要大幅度调整气缸盖罩位姿的情况下获得获取气缸盖罩不同类型的加工表面的图像，提高了气缸盖罩加工表面成像的效率和质量，保证了检测算法所基于的图像的成像质量，进一步提高了气缸盖罩加工表面加缺陷检测的效率和精度；

(2)本发明的气缸盖罩加工表面成像装置中顶部相机、小型相机和侧面相机均设至了多个，可根据气缸盖罩的具体型号对应设置具体数量，同时所有工业相机均可滑动连接在滑轨上，可调节位置，可适用于不同型号的气缸盖罩，装置的适用范围广；

(3)本发明的水平面光源可调节仰角并通过面光源支架的定位孔调整伸缩距离，小型相机通过调节在小型相机底座滑轨上的位置以及小型相机支架的旋转角度直接伸入凸轮轴轴承通孔，获得高质量图像，同时所有光源的亮度可调节，提高了整个成像装置的可操作性和灵活性，在检测气缸盖罩复杂的加工表面时能获得更高质量的图像，提高了图像精度。

附图说明

图1为本发明的装置正视图；

图2为本发明的结构侧视图；

图3为气缸盖罩加工表面正视图；

图4为气缸盖罩加工表面侧视图；

图5为气缸盖章侧面通孔立体图。

图中标号说明：

1.顶部相机，2环形光源，3.相机底座位置固定栓，4.顶部相机底座滑轨，5. 水平面光源，6.面光源支架，7，小型相机底座滑轨，8.小型相机支架，9.小型相机，10.侧面相机，11.侧面相机底座滑轨，12.机架，13.面光源底座，14.小型相机底座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

一种气缸盖罩加工表面成像装置，如图1和图2，包括机架12、工业相机和光源，工业相机设置于机架12上，且包括对应设置于气缸盖罩工位的上方、侧方和下方的顶部相机1、小型相机9和侧面相机10，光源包括环形光源2和水平面光源 5，环形光源2同轴设置于工业相机上，水平面光源5与机架12连接设置于气缸盖罩工位的侧方。

如图3，图4和图5，气缸盖罩的成像部位包括正面加工表面A、侧面加工表面C、凸轮轴轴承通孔内壁B和背面加工表面，侧加工表面C包括配气侧密封面E 和离合器侧密封面D。

顶部相机1通过顶部相机底座滑轨4与机架12连接，顶部相机底座滑轨4水平安装于机架12顶部下方，顶部相机1滑动安装在顶部相机底座滑轨4，并通过相机底座位置固定栓3固定位置；

顶部相机的数量与安装间距根据待测气缸盖罩正面加工表面A的面积所决定，保证所有顶部相机1的视野覆盖整个加工表面A，并且相邻两顶部相机1的视野存在重合区域，以保证两相邻顶部相机1获取的图像之间不存在盲区。

侧面相机10通过侧面相机底座滑轨11与机架12连接，侧面相机底座滑轨11 倾斜安装于机架12侧面内侧，以实现侧面加工表面C与正面加工表面A图像的同步采集。

侧面相机10滑动安装在侧面相机底座滑轨11上，并通过相机底座位置固定栓 3固定位置。侧面相机底座滑轨倾斜安装的角度根据检测正面加工表面A时气缸盖罩倾斜的角度确定，以实现侧面加工表面C与正面加工表面A图像的同步采集，侧面相机10的数量与间距根据实际的工件侧面图像采集所需的视野大小确定。

水平面光源5通过依次相连的面光源底座13和面光源支架6与机架12连接，水平面光源5呈长条形且安装于面光源底座13上，面光源支架6横向穿插在机架12侧面，面光源支架6的竖直侧面上开有定位孔，水平面光源5的高度以及角度都可根据实际应用环境通过定位孔和面光源底座13调节。

小型相机9通过依次连接的小型相机支架8、小型相机底座滑轨7和小型相机底座14与机架12连接，小型相机支架8与小型相机底座滑轨7铰接并通过相机底座位置固定栓3固定位置。小型相机9用于采集气缸盖罩内部凸轮轴轴承通孔内壁 B的图像，小型相机9的数量根据待检测气缸盖罩缸体的凸轮轴轴承通孔的数量来决定，图3中的气缸盖罩有2排×5列共10个轴承通孔，则设置5个小型相机9 分两次步骤采集。

实施例二

与实施例一对应的一种气缸盖罩加工表面成像方法，包括：

S1：通过上位机操控机械臂将气缸盖罩夹持并移动至至机架12内的工位上；

S2：调整气缸盖罩成像部位的位姿，并调整工业相机的数量、位置、间距、焦距和曝光度以及光源的角度和位置，通过工业相机获取其成像范围内成像部位的图像；

对应成像部位的工业相机的数量、位置和间距以及光源的角度和距离工件成像表面的距离均可调整。

工业相机的开启和采集图像的时序通过上位机进行控制，获取的成像部位的图像通过上位机的缺陷检测算法进行检测，通过设计不同的采集图像时序实现在满足检测精度以及检测区域完整的前提下，缩短图像采集时间，提高装置的工作效率。

获取正面加工表面A的图像时，调整顶部相机1的位置、环形光源2的亮度以及水平面光源5的亮度、仰角和离正面加工表面的距离，将正面加工表面A分为三个条状区域，通过顶部相机1依次采集三个条状区域的图像；

正面加工表面A的图像的获取标准为：

正面加工表面A与背景对比明显，保证在亮度上足以区分二者；

正面加工表面A的细节纹理与轮廓边界十分清晰完整；

亮度满足要求，未产生眩光，避免因相机成像曝光过度而导致的成像细节损失以及细小杂质和划痕等缺陷特征从光滑表面的成像中凸显出来。

侧面加工表面C中的配气侧密封面E和离合器侧密封面D轮廓形状不一且检测区域不完全相同，通过上位机的计算机视觉算法对获取的图像进行区分，而在获取图像时不区分；

在获取正面加工表面A的图像的同时，配合调整侧面相机和环形光源，通过侧面相机10获取侧面加工表面C的图像，侧面加工表面C的图像的获取标准与正面加工表面A相同。

将小型相机9同轴伸入凸轮轴轴承通孔，配合调整环形光源2，通过小型相机 9获得凸轮轴轴承通孔内壁B的图像；

凸轮轴轴承通孔内壁B的图像获取标准为：

通过环形光源2使凸轮轴轴承通孔内壁B区域成为为环形亮面，与暗色背景区分；

环形待检测区域需要位于图像正中间，从而减小相机成像带来的图像畸变；

成像清晰度满足能明显区分内壁细节及轮廓。

背面加工表面包括螺栓孔的孔端截面、圆形轮廓区域和机油密封盖区域，由于背面加工表面的检测区域分散，对于不同型号的气缸有不同的要求，需通过机械臂调整气缸盖罩的位姿，保证各个检测区域的图像完整；

配合调整顶部相机1和环形光源2，通过顶部相机1获得背面加工表面的图像，背面加工表面的图像获取标准为：

图像的轮廓完整，因背面加工表面的反光度与周围未加工的粗糙表面存在差异，经环形光源照射后可直接采集到特征明显的图像；

螺栓孔的圆形轮廓区域在图像中的位置偏离中心的像素距离不超过设定范围，避免产生畸变而影响尺寸检测及轮廓完整检测。

气缸盖罩加工表面成像具体操作实例，共8个步骤，每个步骤完成后上位机向机械臂发出下一个步进指令，该指令控制机械臂运动到下一个步骤的空间坐标位置，具体如下：

步骤1-3：固定机械臂依次步进三次，顶部相机1完成正面加工表面A三个条状区域的图像获取；

步骤4-5：侧面相机10完成侧面加工表面C的配气侧密封面E和离合器侧密封面D的图像获取；

步骤6-7：根据气缸缸体的轴承通孔数量设置对应的小型相机9的数量，并调整多个小型相机9的间距，机械臂控制凸轮轴轴承通孔与小型相机9同轴，小型相机9获取上下两排的凸轮轴轴承通孔的凸轮轴轴承通孔内壁B图像；

步骤8：通过顶部相机1获取背面加工表面中的孔端截面、螺栓孔的圆形轮廓区域和机油密封盖区域等区域的图像，根据气缸盖罩的具体型号进行设定采集图像的时序。

实施例一和实施例二提出了一种气缸盖罩加工表面成像装置及方法，在机架内气缸盖罩工位的上方、侧方和下方设置工业相机，所有工业相机上同轴设置了环形光源，相机的数量、位置以及光源位置和亮度可调节，对于气缸盖罩不同加工表面的物理特征，通过工业相机、光源和气缸盖罩位姿的相互配合，针对性地获取图像，提高了气缸盖罩加工表面成像的效率和质量，保证了检测算法所基于的图像的成像质量；同时工业相机的数量和位置可根据气缸盖罩的具体型号灵活设置，装置的适用范围广。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气缸盖罩加工表面成像装置，包括机架(12)、工业相机和光源，所述的工业相机和光源设置于机架(12)上，其特征在于，所述的工业相机包括对应设置于气缸盖罩工位的上方、侧方和下方的顶部相机(1)、小型相机(9)和侧面相机(10)，所述的光源包括环形光源(2)和水平面光源(5)，所述的环形光源(2)同轴设置于工业相机上，所述的水平面光源(5)设置于气缸盖罩工位的侧方。

2.根据权利要求1所述的一种气缸盖罩加工表面成像装置，其特征在于，所述的顶部相机(1)、小型相机(9)和侧面相机(10)的数量为多个且可装卸。

3.根据权利要求1所述的一种气缸盖罩加工表面成像装置，其特征在于，所述的顶部相机(1)通过顶部相机底座滑轨(4)与机架(12)连接，所述的顶部相机底座滑轨(4)水平安装于机架(12)顶部下方，所述的顶部相机(1)滑动安装于顶部相机底座滑轨(4)上，并通过相机底座位置固定栓(3)固定位置。

4.根据权利要求1所述的一种气缸盖罩加工表面成像装置，其特征在于，所述的侧面相机(10)通过侧面相机底座滑轨(11)与机架(12)连接，侧面相机底座滑轨(11)倾斜安装于机架(12)侧面内侧，所述的侧面相机(10)滑动安装在侧面相机底座滑轨(11)上，并通过相机底座位置固定栓(3)固定位置。

5.根据权利要求1所述的一种气缸盖罩加工表面成像装置，其特征在于，所述的水平面光源(5)通过依次相连的面光源底座(13)和面光源支架(6)与机架(12)连接，所述的水平面光源(5)呈长条形且安装于面光源底座(13)上，所述的面光源底座(13)与面光源支架(6)铰接。

6.根据权利要求5所述的一种气缸盖罩加工表面成像装置，其特征在于，所述的面光源支架(6)的竖直侧面上开有定位孔，所述的面光源支架(6)与机架(12)侧面连接并通过定位孔调整伸缩距离。

7.根据权利要求1所述的一种气缸盖罩加工表面成像装置，其特征在于，所述的小型相机(9)通过依次连接的小型相机支架(8)、小型相机底座滑轨(7)和小型相机底座(14)与机架(12)连接。

8.根据权利要求7所述的一种气缸盖罩加工表面成像装置，其特征在于，所述的小型相机支架(8)与小型相机底座滑轨(7)铰接并通过相机底座位置固定栓(3)固定位置，所述的小型相机底座滑轨(7)水平安装于机架(12)侧面。

9.根据权利要求1所述的一种气缸盖罩加工表面成像装置，其特征在于，所述的小型相机(9)的最大横向尺寸小于气缸盖罩的凸轮轴轴承通孔直径。

10.一种利用如权利要求1所述的气缸盖罩加工表面成像装置实现的气缸盖罩加工表面成像方法，其特征在于，包括：

S1：将气缸盖罩移动至机架内；

S2：调整气缸盖罩成像部位的位姿，并调整工业相机的数量、位置和间距以及光源的角度和位置，通过工业相机获取其成像范围内成像部位的图像；

其中，所述的成像部位包括正面加工表面、侧面加工表面、凸轮轴轴承通孔内壁和背面加工表面；

获取正面加工表面的图像时，配合调整顶部相机(1)、环形光源(2)和水平面光源(5)，将气缸盖罩表面分为三个条状区域，通过顶部相机依次采集三个条状区域的图像；

在获取正面加工表面的图像的同时，配合调整侧面相机(10)和环形光源(2)，通过侧面相机(2)获取侧面加工表面的图像；

将小型相机同轴伸入凸轮轴轴承通孔，配合调整环形光源(2)，通过小型相机(9)获得凸轮轴轴承通孔内壁的图像；

配合调整顶部相机(1)和环形光源(2)，通过顶部相机(1)获得背面加工表面的图像。

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