CN111141234B - 一种用于汽车球铰接头的球座涂色面积及其分区检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于汽车球铰接头的球座涂色面积及其分区检测方法，利用灰度相机获取涂色后的球座俯视图，在Matlab环境下遍历该俯视图所有像素点，根据像素点灰度值对球座二维灰度图像分别进行一级划分和二级划分，以确定涂色边界线，以及该边界线内以形成不同灰度梯级的二级边界线；在三维绘图软件中，将上述二维图像中的所有边界线沿球座中轴线方向投影至三维理论球面上，从而确定出球座涂色面积及不同贴合度区域在整个涂色区域的面积百分比。本发明解决了采用人工经验判断涂色面积而导致的检验标准不统一、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而导致的误差大的问题。
Description
所属技术领域
本发明涉及球铰结构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销与球座接触区域的涂色面积及其面积的分区检测方法。
背景技术
机械领域、尤其是汽车领域内的球铰产品主要由球销、球座和球套组成，其中，球销的外球面与球座的内球面相互接触以形成一球面摩擦副，其接触面积主要取决于球座与球销的材料组成、尺寸工艺和配合度等因素。
通常情况下，球座的材料为高分子塑料制品，球销与球套则为普通碳素钢，由于高分子塑料制品相比于普通碳素钢更易受环境影响而导致形变（环境因素主要包括温度、湿度、化学腐蚀及所受载荷的大小），因此，为保证球铰结构的安全、可靠、性能稳定，对球座的各项尺寸的检测就显得尤为重要。其中，对球座内球面用给定直径的球销进行涂色检测即是一项本领域内的重要检测方法，其目的在于通过检测球座内球面与球销外球面的接触面积大小和区域分布，为球铰性能试验提供重要数据参考，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越低。目前，在检测球座的涂色面积及其分区情况时，大多基于个人经验采用人眼判断涂色面积、并进而判断涂色面积内各个区域的大小，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。
发明内容
针对现有技术中所存在的问题，提供一种基于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而导致的边界线判断误差大的问题，本发明所述的检测方法操作方便、标准统一且检测成本低。
本发明采用如下技术方案：一种用于汽车球铰接头的球座涂色面积检测方法，其特征在于：包括有如下步骤：
(a) 将外球面均匀涂色后的球销卡合至球座中，且将球座安装于球套内并通过盖板铆接固定，从而成型为一完整球铰结构；
(b) 装夹固定上述球铰结构，同时以球座球面的中轴线为旋转轴线，利用力矩扳手分别顺时针与逆时针旋转球销720°；再切割该球铰结构的由于铆接而形成的铆缝，取出与球销接触并已在内球面形成一定涂色区域的球座；
(c) 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，得到上述球座俯视图的二维灰度图像；
(d) 在Matlab环境下，对上述二维灰度图像进行预处理，去除图像中的噪点；
(e) 在Matlab环境下，将上述经预处理后的二维灰度图像作为输入，遍历该图像中的每个像素点，将整个灰度图像进行一级划分，以确定涂色区域的闭环边界线，输出形成上述闭环边界线的各个像素点坐标；
(f) 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，并确定球座的三维理论球面的定位基准；
(g) 根据球座的三维理论球面的定位基准，获取与上述球座模型相同的内球面半径和高度值，以绘制出球座的三维理论球面；
(h) 将上述二维图像中的边界线沿球座中轴线方向投影至三维理论球面上；并通过三维绘图软件计算在上述三维理论球面上闭环的边界线区域所包含的总面积；
优选地，步骤(d)中对二维灰度图像预处理，采用降噪滤波器去除图像中的噪点，并将灰度值低于3的像素点均重新设置其灰度值统一为0。
优选地，步骤(e)中的所述闭环边界线所在的像素点的灰度值不为0，且其相邻像素点的灰度值至少有一个为0，那么，该像素点即为闭环边界线所在的其中一个像素点。
优选地，步骤(e)中的所述边界线所形成的闭合区域的面积不应小于整个球座内球面面积的75%，否则认为球座内球面与球销贴合不合格；并且，所述步骤(g)中的三维理论球面的半径和高度值是直接通过球座的实测数据而得来的。
本发明还提供一种用于汽车球铰接头的球座涂色面积的分区检测方法，其特征在于：包括有如下步骤：
(a) 将外球面均匀涂色后的球销卡合至球座中，且将球座安装于球套内并通过盖板铆接固定，从而成型为一完整球铰结构；
(b) 装夹固定上述球铰结构，同时以球座球面的中轴线为旋转轴线，利用力矩扳手分别顺时针与逆时针旋转球销720°；再切割该球铰结构的由于铆接而形成的铆缝，取出与球销接触并在内球面已形成一定涂色区域的球座；
(c) 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，得到上述球座俯视图的二维灰度图像；
(d) 在Matlab环境下，对上述二维灰度图像进行预处理，去除图像中的噪点；
(e) 在Matlab环境下，将上述经预处理后的二维灰度图像作为输入，遍历该图像中的每个像素点，将整个灰度图像进行一级划分，以确定涂色区域的闭环边界线，输出形成闭环边界线的各个像素点坐标；
(f) 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；并对上述不同贴合度的区域进行二级划分，确定各个贴合度区域的边界曲线；
(g) 根据上述一级划分和二级划分得到的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；并确定球座的三维理论球面的定位基准；
(h) 根据球座的三维理论球面的定位基准，获取与上述球座模型相同的内球面半径和高度值，以绘制出球座的三维理论球面；并将上述二维图像中的所有边界曲线沿球座中轴线方向投影至三维理论球面上，并在该三维理论球面上标注出由边界曲线所包围的不同贴合度区域的梯级；
(i) 在三维绘图软件中计算球座内球面不同贴合度区域所占的面积，以及上述不同贴合度区域在整个涂色区域的面积百分比。
优选地，步骤(d)中对原始灰度图像进行降噪，采用降噪滤波器去除图像中的噪点，并将灰度值低于3的像素点均重新设置其灰度值统一为0。
优选地，步骤(e)中的所述边界线所形成的闭合区域的面积不应小于整个球座内球面面积的75%，否则认为球座内球面与球销贴合不合格；并且，所述步骤(h)中的三维理论球面的半径和高度值是直接通过球座的实测数据而得来的。
优选地，步骤(e)中的所述闭环边界线所在的像素点的灰度值不为0，且其相邻像素点的灰度值至少有一个为0，那么，该像素点即为闭环边界线所在的其中一个像素点。
优选地，步骤(f)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(g)中的三维绘图软件为PROE、SOLIDWORKS或INVENTOR。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用现有的图像数字化处理技术对球座内球面的涂色面积进行检测，并对其与球销外球面的接触区域进行了二次划分，计算求得球座内球面各个区域的不同贴合度，为球铰性能试验（如疲劳试验）提供了重要的数据支撑，避免了人工判断的主观性和判断标准的不确定性，也提高了球铰性能试验的检测效率，并且判断结果客观、可靠，其实施成本低、可操作性强。进一步的，本发明采用灰度图像而非彩色数码图像，解决了彩色数码图像边界辨识度低而导致的边界线判断误差大的问题，最终也提高了涂色面积的检测准确率。
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轴视图；
图3是本发明的球座结构俯视图；
图4是图3中的A-A方向剖视图；
图5为本发明的球座涂色效果一级划分示意图；
图6是本发明的球座涂色效果二级划分示意图；
图7为将涂色球座的二维图像中的边界线投影至三维理论球面的过程。
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：一种用于汽车球铰接头的球座涂色面积检测方法，其特征在于：包括有如下步骤：
(a) 将外球面均匀涂色后的球销卡合至球座中，且将球座安装于球套内并通过盖板铆接固定，从而成型为一完整球铰结构；
(b) 装夹固定上述球铰结构，同时以球座球面的中轴线为旋转轴线，利用力矩扳手分别顺时针与逆时针旋转球销720°或1080°；再切割该球铰结构的由于铆接而形成的铆缝，取出与球销接触并已在内球面形成一定涂色区域的球座；
(c) 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，得到上述球座俯视图的二维灰度图像；
(d) 在Matlab环境下，对上述二维灰度图像进行预处理，去除图像中的噪点；
(e) 在Matlab环境下，将上述经预处理后的二维灰度图像作为输入，遍历该图像中的每个像素点，将整个灰度图像进行一级划分，以确定涂色区域的闭环边界线，输出形成上述闭环边界线的各个像素点坐标；
(f) 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，并确定球座的三维理论球面的定位基准；
(g) 根据球座的三维理论球面的定位基准，获取与上述球座模型相同的内球面半径和高度值，以绘制出球座的三维理论球面；
(h) 将上述二维图像中的边界线沿球座中轴线方向投影至三维理论球面上；并通过三维绘图软件计算在上述三维理论球面上闭环的边界线区域所包含的总面积。
优选地，步骤(d)中对二维灰度图像预处理，采用降噪滤波器去除图像中的噪点，并将灰度值低于1或2或3的像素点均重新设置其灰度值统一为0。
优选地，步骤(e)中的所述闭环边界线所在的像素点的灰度值不为0，且其相邻像素点的灰度值至少有一个为0，那么，该像素点即为闭环边界线所在的其中一个像素点。
优选地，步骤(e)中的所述边界线所形成的闭合区域的面积不应小于整个球座内球面面积的70%或75%或80%，否则认为球座内球面与球销贴合不合格；并且，所述步骤(g)中的三维理论球面的半径和高度值是直接通过球座的实测数据而得来的。
本发明还提供一种用于汽车球铰接头的球座涂色面积的分区检测方法，其特征在于：包括有如下步骤：
(a) 将外球面均匀涂色后的球销卡合至球座中，且将球座安装于球套内并通过盖板铆接固定，从而成型为一完整球铰结构；
(b) 装夹固定上述球铰结构，同时以球座球面的中轴线为旋转轴线，利用力矩扳手分别顺时针与逆时针旋转球销720°或1080°；再切割该球铰结构的由于铆接而形成的铆缝，取出与球销接触并在内球面已形成一定涂色区域的球座；
(c) 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，得到上述球座俯视图的二维灰度图像；
(d) 在Matlab环境下，对上述二维灰度图像进行预处理，去除图像中的噪点；
(e) 在Matlab环境下，将上述经预处理后的二维灰度图像作为输入，遍历该图像中的每个像素点，将整个灰度图像进行一级划分，以确定涂色区域的闭环边界线，输出形成闭环边界线的各个像素点坐标；
(f) 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；并对上述不同贴合度的区域进行二级划分，确定各个贴合度区域的边界曲线；
(g) 根据上述一级划分和二级划分得到的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；并确定球座的三维理论球面的定位基准；
(h) 根据球座的三维理论球面的定位基准，获取与上述球座模型相同的内球面半径和高度值，以绘制出球座的三维理论球面；并将上述二维图像中的所有边界曲线沿球座中轴线方向投影至三维理论球面上，并在该三维理论球面上标注出由边界曲线所包围的不同贴合度区域的梯级；
(i) 在三维绘图软件中计算球座内球面不同贴合度区域所占的面积，以及上述不同贴合度区域在整个涂色区域的面积百分比。
优选地，步骤(d)中对原始灰度图像进行降噪，采用降噪滤波器去除图像中的噪点，并将灰度值低于1或2或3的像素点均重新设置其灰度值统一为0。
优选地，步骤(e)中的所述边界线所形成的闭合区域的面积不应小于整个球座内球面面积的70%或75%或80%，否则认为球座内球面与球销贴合不合格；并且，所述步骤(h)中的三维理论球面的半径和高度值是直接通过球座的实测数据而得来的。
优选地，步骤(e)中的所述闭环边界线所在的像素点的灰度值不为0，且其相邻像素点的灰度值至少有一个为0，那么，该像素点即为闭环边界线所在的其中一个像素点。
优选地，步骤(f)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(f)中的所述梯级可以分为共计10个，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(g)中的三维绘图软件为SOLIDWORKS、PROE或INVENTOR。
以上说明是本发明的具体实施例。应当理解，描述该实施例仅用于说明目的，并且本领域技术人员可以作出许多的变化和改进而不脱离本发明的精神和范围。所有的改进和变化都趋向于包括在由权利要求及其等同物限定的本发明范围内。
Claims (6)
1.一种用于汽车球铰接头的球座涂色面积的分区检测方法，其特征在于：包括有如下步骤：
(a) 将包括有经涂色后的球销的完整球铰结构进行装夹并固定，同时以球座球面的中轴线为旋转轴线旋转所述球销；再切割该球铰结构的由于铆接而形成的铆缝，取出与该球销接触并已在内球面形成一定涂色区域的球座；
(b) 将所述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，得到上述球座俯视图的二维灰度图像，并同时去除该二维灰度图像中的噪点；
(c) 在Matlab环境下，将去除噪点后的二维灰度图像作为输入，遍历该灰度图像中的每个像素点，将整个灰度图像进行一级划分，以确定涂色区域的闭环边界线，输出形成闭环边界线的各个像素点坐标；
(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；并对上述不同贴合度的区域进行二级划分，确定各个贴合度区域的边界曲线；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；
(e) 根据上述一级划分和二级划分得到的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；并确定球座的三维理论球面的定位基准；
(f) 根据球座的三维理论球面的定位基准，获取与上述球座模型相同的内球面半径和高度值，以绘制出球座的三维理论球面；并将上述二维图像中的所有边界曲线沿球座中轴线方向投影至三维理论球面上，并在该三维理论球面上标注出由边界曲线所包围的不同贴合度区域的梯级；
(g) 在三维绘图软件中计算球座内球面不同贴合度区域所占的面积，以及上述不同贴合度区域在整个涂色区域的面积百分比。
2.如权利要求1所述的方法，步骤(a)中的球铰结构是通过将外球面均匀涂色后的球销卡合至球座中，且将球座安装于球套内并通过盖板铆接固定而形成的。
3.如权利要求1所述的方法，步骤(b)中对原始灰度图像进行降噪，采用降噪滤波器去除图像中的噪点，并将灰度值低于3的像素点均重新统一设置为0。
4.如权利要求1所述的方法，步骤(c)中的所述涂色区域的闭环边界线内的面积不应小于整个球座内球面面积的75%，否则认为球座内球面与球销贴合不合格。
5.如权利要求1所述的方法，所述步骤(f)中的三维理论球面的半径和高度值是直接通过球座的实测数据而得来的。
6.如权利要求1所述的方法，步骤(g)中的三维绘图软件为PROE、SOLIDWORKS或INVENTOR。
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