CN111678446B - 一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机及其检测方法 - Google Patents

一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轴承检测，公开一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机及其检测方法，包括用于输送轴承的输送装置，输送装置包括运载板(10)，运载板(10)上固定有用于定位轴承的定位套(11)；定位套(11)上设有贯通运载板(10)的通孔(111)，通孔(111)正上方设有LED球面灯(12)，通孔(111)正下方设有拍摄装置，拍摄装置包括升降装置(13)和CCD相机(14)，CCD相机(14)安装在升降装置(13)上并用来对重卡轮毂轴承进行图像采集。通过结合CCD相机与图像采集卡获取的重卡轮毂轴承内径信息，通过计算机运用算法对图像数据进行运算处理，计算出内径，实现重卡轮毂轴承内径的非接触测量。

Description

一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机及其检测方法
技术领域
本发明涉及轴承检测，尤其涉及一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机及其检测方法。
背景技术
重卡及重型卡车，主要包括重型载货车、半挂牵引车以及非完整车辆等。随着我国交通、物流、国防、能源、基础设施建设等产业快速发展，重卡产业也随之快速发展。重卡轮毂轴承是重卡的核心关键零部件，其生产加工工艺、精度、可靠性等对重卡行驶过程性能起到决定性作用。重卡轮毂轴承以圆锥滚子轴承为主，其工作游戏对轴承的振动、噪声、载荷分布等性能产生主要影响。所以由内圈和滚子形成的游隙对于重卡尤为重要，需要对重卡内径精确测量从而保证与滚子装配完成后的游隙达到最佳值。
现有的测量轴承内径还是通过内径千分尺，区别传统的手工测量，现在改成自动化测量，例如申请号201820620362.4的一种轴承内径检测装置，传送带将轴承输送到内径千分尺下方，升降架带动内径千分尺来对轴承进行测量，这种测量精度低，同时测量的时间长。
发明内容
本发明针对现有技术中轴承内径测量精度低和测量时长长的缺点，提供一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机及其检测方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机，包括用于输送轴承的输送装置，输送装置包括运载板，运载板上固定有用于定位轴承的定位套；定位套上设有贯通运载板的通孔，通孔正上方设有LED球面灯，通孔正下方设有拍摄装置，拍摄装置包括升降装置和CCD相机，升降装置包括底座、纵向薄壁气缸、辅助液压缸和升降板，CCD相机固定在升降板上，纵向薄壁气缸的升降杆伸出底座的端面并与升降板的中间位置接触连接，纵向薄壁气缸两侧都设有辅助液压缸，辅助液压缸的升降杆伸出底座的端面并与升降板的端部接触连接，底座两端都固定有横向薄壁气缸和限位块，横向薄壁气缸的伸缩杆与限位块固定连接，升降板设在两限位块之间。
检测机通过CCD相机拍摄重卡轮毂轴承的图像，以图像作为测量的载体，被测量尺寸所在的物体表面就是成像平面。本检测机能够自动将轴承输送到拍摄位置，升降装置上下调整CCD相机的焦距，拍摄清晰的轴承平面图。横向薄壁气缸能够推动CCD相机横向移动，使得CCD相机能够在正中拍摄轴承的图片，提高测量精度。
作为优选，输送装置侧边设有立柱，立柱上固定有固定板，固定板上安装有延伸到定位套正上方的光源支架，LED球面灯安装在光源支架上。LED球面灯能够给CCD相机补光，CCD相机拍摄的图像清晰度会更好。
作为优选，限位块正投影形状为“U”形，限位块的开口朝向升降板，限位块两侧的延伸臂上都固定有用于放置升降板的支撑块，支撑块的上端面低于限位块的上端面。
升降板升高到一定高度，限位块能够在横向薄壁气缸的作用下横向移动升降板，升降板移动到预定位置时，相对的两块限位块能够将升降板横向限位。支撑块用于支撑初始位置的升降板。
作为优选，输送装置还包括轨道架，轨道架上设有两根相对的导轨，导轨的内侧壁上设有直线排布的滚动轮，运载板滑动在滚动轮上。运载板通过自动移动在导轨上，方便将运载板输送到CCD相机的正上方。
作为优选，导轨的内侧壁上设有轨道槽，运载板端角处安装有导向轮，导向轮滑动在轨道槽内。导向轮辅助提高运载板输送的稳定性。
作为优选，导轨下方设有两根相互平行且垂直于导轨的支撑板，支撑板上固定有用于锁紧运载板的锁紧件，锁紧件包括锁紧片和形状为“L”形的支座，锁紧片通过销轴安装在支座上。
当运载板输送到LED球面灯的正下方时，锁紧件能够自动将运载板锁死在导轨上，从而使得CCD相机能够稳定的拍摄轴承。
一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测方法，采用检测机进行检测，具体步骤如下：
步骤a，重卡轮毂轴承的输送，将待检测的重卡轮毂轴承放置在运载板上的定位套上，运载板将其输送到CCD相机的正下方；
步骤b，运载台的锁定，旋转支撑板上的两个锁紧片，将运载板锁紧限位在两个锁紧片之间；
步骤c，CCD相机拍摄，通过纵向薄壁气缸和辅助液压缸调整升降板与待检测的重卡轮毂轴承之间的间距，同时开启LED球面灯，启动CCD相机对重卡轮毂轴承进行拍摄；
步骤d，图像采集与滤波，CCD相机采集重卡轮毂轴承的图像，图像预处理过程中采用3×3中值滤波器对噪声进行滤波，保留重卡轮毂轴承内圈图像的边缘信息；
步骤e，阈值划分，通过中值滤波后的图像为一个目标与背景，采用Otsu算法选取灰度阈值T，设定大于T的图像像素群为目标，小于等于T的图像像素群设定为背景，图像二值化的输出值为B(x，y)：
Figure BDA0002559951730000041
式中：F(x，y)——滤波后的灰度值；
步骤f，图像像素群边缘提取，确定图像像素群后，对二值化的B(x，y)采用数学形态法中的四领域腐蚀，得到单个像素宽的边缘图像E(x，y)；
步骤g，轴承内径计算，单个像素宽的边缘图像E(x，y)通过点Hough变换原理对预处理后的边缘图像的圆周上取任意三个边缘点，通过计算机解出半径R，取多组不同的边缘点并解析出不同的半径R，将这些R的值存储统计，将出现次数最多的R值选做重卡轮毂轴承内径，并记录与之对应像素坐标值p(xi，yi)，采用亚像素检测，采用最小二乘原理，并对边缘点进行拟合求出重卡轮毂轴承内径D，参数如下式：
Figure BDA0002559951730000042
其中：
Figure BDA0002559951730000043
Figure BDA0002559951730000044
Figure BDA0002559951730000045
Figure BDA0002559951730000046
Figure BDA0002559951730000051
Figure BDA0002559951730000052
式中：x1、x2、x3、y1、y2、y3为最多的R值对应的三个像素坐标值；
p为所记录的边缘点的集合；
a、b为边缘圆心坐标值；
r为半径值；
步骤g，运载台解锁运输，旋转支撑板上的两个锁紧片，解除运载板两端的限制，并将运载板输送出到下一工位。
通过结合CCD相机与图像采集卡获取的重卡轮毂轴承内径信息，通过计算机运用算法对图像数据进行运算处理，计算出内径，实现重卡轮毂轴承内径的非接触测量。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
CCD相机拍摄重卡轮毂轴承的图像，以图像作为测量的载体，被测量尺寸所在的物体表面就是成像平面，检测机利用视觉中的边缘检测技术和相机的标定技术相结合完成高精度测量。测量内径尺寸时，采用拍摄内径表面图像，最后对边缘点进行拟合求出重卡轮毂轴承内径D。
附图说明
图1是本发明第一位置状态下的结构示意图。
图2是本发明第二位置状态下的结构示意图。
图3是图2中A的局部放大图。
以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中，10—运载板、11—定位套、12—LED球面灯、13—升降装置、14—CCD相机、15—横向薄壁气缸、16—限位块、17—立柱、18—固定板、19—光源支架、20—支撑块、21—导轨、22—滚动轮、23—导向轮、24—支撑板、25—锁紧件、111—通孔、131—底座、132—纵向薄壁气缸、133—辅助液压缸、134—升降板、211—轨道槽、251—锁紧片、252—支座。
具体实施方式
下面结合附图1-3与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机，包括用于输送轴承的输送装置，输送装置的输送控制是通过PLC进行控制。输送装置包括用于输送重卡轮毂轴承的运载板10，运载板10上固定有用于定位重卡轮毂轴承的定位套11，定位套11为磁性定位套，磁性定位套能够吸住重卡轮毂轴承，定位套11能够提高重卡轮毂轴承在输送的稳定性，定位套11上设有贯通运载板10的通孔111，重卡轮毂轴承限位在通孔111内，通孔111正上方设有LED球面灯12，通孔111正下方设有拍摄装置。拍摄装置包括升降装置13和CCD相机14，CCD相机14安装在升降装置13，升降装置13能够带动CCD相机14升降来调整焦距，保证拍摄的清晰度。升降装置13包括底座131、纵向薄壁气缸132、辅助液压缸133和升降板134，CCD相机14固定在升降板134上，纵向薄壁气缸132的升降杆伸出底座131的端面并与升降板134的中间位置接触连接，纵向薄壁气缸132两侧都设有辅助液压缸133，辅助液压缸133的升降杆伸出底座131的端面并与升降板134的端部接触连接，底座131两端都固定有横向薄壁气缸15和限位块16，横向薄壁气缸15的伸缩杆与限位块16固定连接，升降板134设在两限位块16之间。
输送装置侧边设有立柱17，立柱17上固定有固定板18，本实施例立柱17的数量为两根，固定板18固定在两根立柱17之间，提高固定板18的稳定性。固定板18上安装有延伸到定位套11正上方的光源支架19，光源支架19通过螺栓垂直固定在固定板18上，LED球面灯12安装在光源支架19上，LED球面灯112能够给CCD相机14提供光源。
限位块16正投影形状为“U”形，限位块16一方面用于推动升降板134横向移动，另一方面用于限位升降板134，当需要调整升降板134横向位置时，限位块16能够在横向薄壁气缸15作用下横向移动，当升降板134横向位置移动到指定位置时，相对的两个横向薄壁气缸15就会驱动各自端的限位块16锁紧升降板134。限位块16的开口朝向升降板134，限位块16两侧的延伸臂上都固定有用于放置升降板134的支撑块20，支撑块20的上端面低于限位块16的上端面。
输送装置还包括轨道架，轨道架上设有两根相对的导轨21，导轨21的内侧壁上设有直线排布的滚动轮22，运载板10滑动在滚动轮22上。
导轨21下方设有两根相互平行且垂直于导轨21的支撑板24，支撑板24上固定有用于锁紧运载板10的锁紧件25，锁紧件25包括锁紧片251和形状为“L”形的支座252，锁紧片251通过销轴安装在支座252上，销轴的转动通过微电机驱动。当运载板10输送到LED球面灯12的正下方时，锁紧件25就会锁紧运载板10。
实施例2
实施例2与实施例1特征基本相同，不同的是导轨21的内侧壁上设有轨道槽211，运载板10端角处安装有导向轮23，导向轮23滑动在轨道槽211内。
实施例3
一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测方法，采用实施例1或实施例2中的检测机进行检测，具体步骤如下：
步骤a，重卡轮毂轴承的输送，将待检测的重卡轮毂轴承放置在运载板10上的定位套11上，运载板10将其输送到CCD相机14的正下方；
步骤b，运载台的锁定，旋转支撑板24上的两个锁紧片251，将运载板10锁紧限位在两个锁紧片之间；
步骤c，CCD相机拍摄，通过纵向薄壁气缸132和辅助液压缸133调整升降板134与待检测的重卡轮毂轴承之间的间距，同时开启LED球面灯12，启动CCD相机对重卡轮毂轴承进行拍摄；
步骤d，图像采集与滤波，CCD相机采集重卡轮毂轴承的图像，图像预处理过程中采用3×3中值滤波器对噪声进行滤波，保留重卡轮毂轴承内圈图像的边缘信息；
步骤e，阈值划分，通过中值滤波后的图像为一个目标与背景，采用Otsu算法选取灰度阈值T，设定大于T的图像像素群为目标，小于等于T的图像像素群设定为背景，图像二值化的输出值为B(x，y)：
Figure BDA0002559951730000081
式中：F(x，y)——滤波后的灰度值；
步骤f，图像像素群边缘提取，确定图像像素群后，对二值化的B(x，y)采用数学形态法中的四领域腐蚀，得到单个像素宽的边缘图像E(x，y)；
步骤g，轴承内径计算，单个像素宽的边缘图像E(x，y)通过点Hough变换原理对预处理后的边缘图像的圆周上取任意三个边缘点，通过计算机解出半径R，取多组不同的边缘点并解析出不同的半径R，将这些R的值存储统计，将出现次数最多的R值选做重卡轮毂轴承内径，并记录与之对应像素坐标值p(xi，yi)，采用亚像素检测，采用最小二乘原理，并对边缘点进行拟合求出重卡轮毂轴承内径D，参数如下式：
Figure BDA0002559951730000091
其中：
Figure BDA0002559951730000092
Figure BDA0002559951730000093
Figure BDA0002559951730000094
Figure BDA0002559951730000095
Figure BDA0002559951730000096
Figure BDA0002559951730000097
式中：x1、x2、x3、y1、y2、y3为最多的R值对应的三个像素坐标值；
p为所记录的边缘点的集合；
a、b为边缘圆心坐标值；
r为半径值；
步骤g，运载台解锁运输，旋转支撑板24上的两个锁紧片251，解除运载板10两端的限制，并将运载板10输送出到下一工位。
由LED球面灯12的作用，对待测重卡轮毂轴承内径进行光照，后经由CCD相机14进行图像采集，再经由计算机作用采用3×3中值滤波器对噪声进行过滤，保留重卡轮毂轴承内圈图像的边缘信息。然后使用事前设定的改进Otsu算法选取灰度阈值T，设定大于T的图像像素群为目标，小于等于T的图像像素群设定为背景。设定图像二值化的输出值为B(x，y)。确定图像像素群后采用数学形态法中的四领域腐蚀，得到单个像素宽的边缘图像E(x，y)。再通过点Hough变换原理对预处理后的边缘图像的圆周上取任意三个边缘点，经由计算机对三个边缘点的左边解解析几何，求出半径R。对R的值存储统计，出现次数最多的R值选做重卡轮毂轴承内径，并记录与之对应像素坐标值p(xi，yi)。该圆半径为像素级，为提高精度采用亚像素检测，采用最小二乘原理，并对边缘点进行拟合求出重卡轮毂轴承内径D。

Claims (6)

1.一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机，包括用于输送轴承的输送装置，输送装置包括运载板(10)，运载板(10)上固定有用于定位轴承的定位套(11)；其特征在于：定位套(11)上设有贯通运载板(10)的通孔(111)，通孔(111)正上方设有LED球面灯(12)，通孔(111)正下方设有拍摄装置，拍摄装置包括升降装置(13)和CCD相机(14)，升降装置(13)包括底座(131)、纵向薄壁气缸(132)、辅助液压缸(133)和升降板(134)，CCD相机(14)固定在升降板(134)上，纵向薄壁气缸(132)的升降杆伸出底座(131)的端面并与升降板(134)的中间位置接触连接，纵向薄壁气缸(132)两侧都设有辅助液压缸(133)，辅助液压缸(133)的升降杆伸出底座(131)的端面并与升降板(134)的端部接触连接，底座(131)两端都固定有横向薄壁气缸(15)和限位块(16)，横向薄壁气缸(15)的伸缩杆与限位块(16)固定连接，升降板(134)设在两限位块(16)之间，输送装置侧边设有立柱(17)，立柱(17)上固定有固定板(18)，固定板(18)上安装有延伸到定位套(11)正上方的光源支架(19)，LED球面灯(12)安装在光源支架(19)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机，其特征在于：限位块(16)正投影形状为“U”形，限位块(16)的开口朝向升降板(134)，限位块(16)两侧的延伸臂上都固定有用于放置升降板(134)的支撑块(20)，支撑块(20)的上端面低于限位块(16)的上端面。
3.根据权利要求1所述的一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机，其特征在于：输送装置还包括轨道架，轨道架上设有两根相对的导轨(21)，导轨(21)的内侧壁上设有直线排布的滚动轮(22)，运载板(10)滑动在滚动轮(22)上。
4.根据权利要求3所述的一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机，其特征在于：导轨(21)的内侧壁上设有轨道槽(211)，运载板(10)端角处安装有导向轮(23)，导向轮(23)滑动在轨道槽(211)内。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测机，其特征在于：导轨(21)下方设有两根相互平行且垂直于导轨(21)的支撑板(24)，支撑板(24)上固定有用于锁紧运载板(10)的锁紧件(25)，锁紧件(25)包括锁紧片(251)和形状为“L”形的支座(252)，锁紧片(251)通过销轴安装在支座(252)上。
6.一种用于检测重卡轮毂轴承内径的检测方法，其特征在于：采用权利要求5所述的检测机进行检测，具体步骤如下：
步骤a，重卡轮毂轴承的输送，将待检测的重卡轮毂轴承放置在运载板(10)上的定位套(11)上，运载板(10)将其输送到CCD相机(14)的正下方；
步骤b，运载台的锁定，旋转支撑板(24)上的两个锁紧片(251)，将运载板(10)锁紧限位在两个锁紧片之间；
步骤c，CCD相机拍摄，通过纵向薄壁气缸(132)和辅助液压缸(133)调整升降板(134)与待检测的重卡轮毂轴承之间的间距，同时开启LED球面灯(12)，启动CCD相机对重卡轮毂轴承进行拍摄；
步骤d，图像采集与滤波，CCD相机采集重卡轮毂轴承的图像，图像预处理过程中采用3×3中值滤波器对噪声进行滤波，保留重卡轮毂轴承内圈图像的边缘信息；
步骤e，阈值划分，通过中值滤波后的图像为一个目标与背景，采用Otsu算法选取灰度阈值T，设定大于T的图像像素群为目标，小于等于T的图像像素群设定为背景，图像二值化的输出值为B(x，y)：
Figure FDA0003287100380000031
式中：F(x，y)——滤波后的灰度值；
步骤f，图像像素群边缘提取，确定图像像素群后，对二值化的B(x，y)采用数学形态法中的四领域腐蚀，得到单个像素宽的边缘图像E(x，y)；
步骤g，轴承内径计算，单个像素宽的边缘图像E(x，y)通过点Hough变换原理对预处理后的边缘图像的圆周上取任意三个边缘点，通过计算机解出半径R，取多组不同的边缘点并解析出不同的半径R，将这些R的值存储统计，将出现次数最多的R值选做重卡轮毂轴承内径，并记录与之对应像素坐标值p(xi，yi)，采用亚像素检测，采用最小二乘原理，并对边缘点进行拟合求出重卡轮毂轴承内径D，参数如下式：
Figure FDA0003287100380000041
其中：
Figure FDA0003287100380000042
Figure FDA0003287100380000043
Figure FDA0003287100380000044
Figure FDA0003287100380000045
Figure FDA0003287100380000046
Figure FDA0003287100380000047
式中：x1、x2、x3、y1、y2、y3为最多的R值对应的三个像素坐标值；
p为所记录的边缘点的集合；
a、b为边缘圆心坐标值；
r为半径值；
步骤g，运载台解锁运输，旋转支撑板(24)上的两个锁紧片(251)，解除运载板(10)两端的限制，并将运载板(10)输送出到下一工位。
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