CN111811961A - 一种基于机器视觉的轮毂中心花键套浇铸品质检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的轮毂中心花键套浇铸品质检测设备，它包括柜底、安装台面、小台面、遮光机柜、夹紧装置、定心装置、划线装置、加载装置、图像采集装置和质量检测装置，图像采集装置的输出端与质量检测装置连接；夹紧装置夹紧后定心装置松开对花键轴的夹持，由划线装置添加记号，由加载装置对花键套进行扭转加载，由图像采集装置在加载装置加载过程中对记号部位进行图像信息实时采集，质量检测装置基于图像信息识别判定花键套浇铸品质后，定心装置重新夹紧花键轴。本发明可适应多种不同型号轮毂的中心花键套浇筑品质检测，对比目前的人工目检技术，可以有效的提升检测的效率，大幅降低成本并提高检测结果的准确性。

Description

一种基于机器视觉的轮毂中心花键套浇铸品质检测设备

技术领域

本发明涉及一种轮毂中心花键套浇铸品质检测设备，尤其是涉及一种基于机器视觉的轮毂中心花键套浇铸品质检测设备。

背景技术

铝合金花键轮毂中心圆柱形花键套为钢制，外层包铝为重力浇铸而成，若在此过程中存在工艺或环境的偏差，可能会导致花键套在受力后与外层包铝部分产生松动，影响轮毂整体的产品质量。目前对轮毂中心花键套的检测主要依靠人工检测，由三个工人配合，两人按住被测轮毂，一人使用带花键轴的专用手摇测杆，先在轮毂中心花键套与外层包铝交界处涂上油膜记号，再对轮毂中心花键套施加200N·M的扭转力矩，加载结束后对花键套和外层包铝部分进行目检。因人眼的局限性和劳动负荷等问题会引起判断偏差，从而造成识别效率低下，人力成本上升等问题，同时人工检测由人的主观臆测评判完成，使得轮毂质量检测的结果难以得到保证。

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基于机器视觉的轮毂中心花键套浇铸品质检测设备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于机器视觉的轮毂中心花键套浇铸品质检测设备，包括柜底、安装台面、遮光机柜、小台面、轮毂夹紧装置、花键轴定心装置、轮毂花键套划线装置、轮毂中心花键套加载装置、轮毂图像采集装置和轮毂花键套质量检测装置，所述轮毂图像采集装置的输出端与轮毂花键套质量检测装置连接；所述轮毂夹紧装置待轮毂与花键轴完成配合后对轮毂进行夹紧固定，由所述花键轴定心装置松开对花键轴的夹持，由所述轮毂花键套划线装置添加轮毂中心花键套与外层包铝交界部位的油膜记号，由所述轮毂中心花键套加载装置对轮毂中心花键套进行扭转加载，由所述轮毂图像采集装置在所述轮毂加载装置加载过程中对所述轮毂花键套划线装置添加的油膜记号部位进行图像信息实时采集，所述轮毂花键套质量检测装置基于所述轮毂花键套图像信息识别轮毂中心花键套浇铸品质，完成轮毂中心花键套浇筑品质检测后，由所述花键轴定心装置重新夹紧花键轴，以方便取下轮毂。

所述柜底，用于放置各电气控制部件及轮毂花键套质量检测装置；所述安装台面，置设于柜底正上方，用于安装轮毂夹紧装置、花键轴定心装置、轮毂花键划线装置与轮毂图像采集装置；所述小台面，设于柜底内，用于安装并支撑轮毂中心花键套加载装置；所述遮光机柜，置设于安装台面上，用于遮挡外部干扰光源和防尘；所述轮毂夹紧装置包括双层轮毂放置台、力矩输出型夹紧气缸和轮毂光电传感器，所述双层轮毂放置台和红外光电传感器置设于安装台面上，用于平稳放置轮毂，换型时调整轮毂放置高度，以确保力矩输出型夹紧气缸可靠夹紧固定轮毂；所述力矩输出型夹紧气缸以双层轮毂放置台轴心为基准，置设于安装台面上，每只间隔120°呈圆周向分布，用于固定轮毂；所述轮毂光电传感器，置设于安装台面上，用于检测轮毂是否放置到位。

所述花键轴定心装置包括定心气缸安装座、定心气缸、活动V型块和固定V型块，所述定心气缸安装座置设于安装台面上，且位于双层轮毂放置台开槽处；所述定心气缸位于定心气缸安装座上；所述活动V型块置设于定心气缸端板上，能与定心气缸活塞一起实现往返移动；所述固定V型块置设于定心气缸安装座上，其与活动V型块实现对花键轴在非加载状态下的定心功能。

所述轮毂花键套划线装置包括模组安装座、X轴向模组与电机、Z轴模组固定块、Z轴向模组与电机、划线电机安装座、划线电机，所述模组安装座置设于安装台面上；所述X轴向模组与电机置设于模组安装座上；所述Z轴模组与电机通过Z轴模组固定块置设于X轴模组滑座上；所述划线电机安装座位于Z轴模组滑座上，其上设有用于检测划线电机运动位置的红外光电传感器；所述划线电机置设于划线电机安装座上，用于驱动其输出轴上的划线笔架与划线笔。

所述轮毂中心花键套加载装置包括扭转气缸安装座、扭转气缸、加载测试杆、测试杆下限位块、花键轴垫块和花键轴，所述扭转气缸安装座与测试杆下限位块均以双层放置台轴心为基准，每只隔180°呈圆周向分布；所述扭转气缸位于扭转气缸安装座上，用于对花键轴施加扭转负载；所述加载测试杆设于小台面上，其上设有万向球轴承与液压缓冲器，该万向球轴承位于加载测试杆正下方，与小台面接触，该液压缓冲器位于加载测试杆两端，扭转加载时与扭转气缸接触；所述花键轴垫块置设于加载测试杆上，其上开有方形通孔，用于插放花键轴；所述花键轴设于花键轴垫块上。

所述轮毂图像采集装置包括光源固定板、光源导向架、四光源架、条形光源、相机支架、相机固定片、光学镜头和CCD相机，所述光源固定板置设于机柜上方铝型材上，用于固定光源导向轴；所述光源导向轴位于光源固定板上；所述四光源架置设于光源导向轴上，用于调节各条形光源的照射角度；所述条形光源位于四光源架上，用于通过光线照亮轮毂中心花键浇筑间隙所在的成像面；所述相机支架置设于安装台面上；所述CCD相机通过所述相机固定片置设于相机支架上；所述光学镜头位于相机前端，用于聚焦从轮毂成像面反射而来的光线，并将光线聚焦于CCD相机的传感器上生成花轮毂中心键浇筑间隙表面图像。

所述轮毂花键套质量检测装置包括工控机和人机交互式显示器，所述工控机上配置有：轮毂中心花键套浇筑品质检测系统，用于检测轮毂中心花键的浇筑质量；轮毂中心花键套加载系统，用于针对不同型号的轮毂调整加载需要的力矩大小。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）可适应多种不同型号轮毂的中心花键套浇筑品质检测，只需更改相应的花键轴型号和轮毂放置台即可实现轮毂的换型检测，换型过程简单方便。

2）可以对轮毂中心花键套浇筑品质进行自动化检测，对比目前的人工目检技术，可以有效的提升检测的效率，大幅降低成本并提高检测结果的准确性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为无遮光机柜整体结构示意图；

图3为轮毂夹紧装置的结构示意图；

图4为轮毂花键套划线装置的结构示意图；

图5为花键轴定心装置的结构示意图；

图6为轮毂中心花键套加载装置的结构示意图；

图7为轮毂图像采集装置的结构示意图。

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，给出详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种基于机器视觉的轮毂中心花键套浇铸品质检测设备，如图1～图7所示，包括柜底1、安装台面2、遮光机柜3、小台面37、轮毂夹紧装置、花键轴定心装置、轮毂花键套划线装置、轮毂中心花键套加载装置、轮毂图像采集装置和轮毂花键套质量检测装置，轮毂图像采集装置的输出端与轮毂花键套质量检测装置连接；轮毂夹紧装置待人工将轮毂4的中心花键套与花键轴33完成轴孔配合后对轮毂4进行夹紧固定，之后由花键轴定心装置松开花键轴33，准备开始加载测试工作，由轮毂花键套划线装置添加轮毂4的中心花键套与外层包铝交界部位的油膜记号，由轮毂中心花键套加载装置对轮毂4的中心花键套进行扭转加载，由轮毂图像采集装置在轮毂加载装置加载过程中对轮毂花键划线装置添加的油膜记号部位进行图像信息实时采集，轮毂花键套质量检测装置基于轮毂花键套图像视觉识别系统对轮毂4的中心花键套浇铸品质进行判断，完成对轮毂4的中心花键套浇筑品质检测后，花键轴定心装置重新夹紧花键轴33，以方便取下轮毂。

轮毂夹紧装置包括上层轮毂放置台5、下层轮毂放置台6、夹紧气缸前侧固定块7、夹紧气缸左侧固定块8、力矩输出型夹紧气缸9、夹紧臂10、延长夹紧臂11、轮毂光电安装座12、轮毂光电传感器13和夹紧气缸右侧固定块14。下层轮毂放置台6设于安装台面2上，与安装台面2上的花键轴孔同轴心，且下层轮毂放置台6的开口朝前。上层轮毂放置台5位于下层轮毂放置台6上，与下层轮毂放置台同轴心。力矩输出型夹紧气缸9以双层轮毂放置台轴心为基准，每只间隔120°，呈圆周向分布，每只力矩输出型气缸9均配有一个夹紧气缸前侧固定块7，一个夹紧气缸左侧固定块8和一个夹紧气缸右侧固定块14，并通过夹紧气缸前侧固定块7、夹紧气缸左侧固定块8、夹紧气缸右侧固定块9固定于安装台面2上。夹紧臂10位于力矩输出型气缸9的输出端上。延长夹紧臂11固定于夹紧臂10突出段上。轮毂光电传感器13通过轮毂光电安装座12固定在安装台面2上。

具体的，当轮毂4的中心花键套与花键轴33完成轴孔配合，轮毂光电传感器13检测到轮毂4已放置在上层轮毂放置台5上，三只力矩输出型夹紧气缸9带动夹紧臂10与延长夹紧臂11，对轮毂4进行夹紧固定。

轮毂花键套划线装置包括模组安装座15、拖链底盘16、拖链17、X轴伺服电机18、X轴向模组19、Z轴向模组下固定板20、Z轴向模组后固定板21、Z轴伺服电机22、Z轴向模组23、步进电机固定座24、红外光电传感器25、步进电机回零杆26、步进电机27、画笔固定架28、画笔29、笔帽架30和Z轴向模组前固定板31。模组安装座15位于安装台面2上，用于支撑X轴向模组18与Z轴向模组23及其上各部件。拖链底盘16位于模组安装座15侧面，用于支撑拖链17及其内部电缆线。拖链17位于拖链底盘16上，其一端与Z轴向模组下固定板20相接，用于包裹Z轴伺服电机22与步进电机27的各条电缆线。X轴伺服电机18安装于X轴向模组19的输入端，用于驱动X轴向模组19，带动Z轴向模组23与步进电机27沿定义的X轴方向移动。X轴向模组19安装于模组安装座15上，其输入端远离轮毂。Z轴伺服电机22安装于Z轴向模组23的输入端，用于驱动Z轴向模组23，带动步进电机27沿定义的Z轴方向移动。Z轴向模组23,通过Z轴向模组下固定板20、Z轴向模组后固定板21与Z轴向模组前固定板31，安装在X轴向模组19的滑座上，其输入端远离轮毂。步进电机固定座24安装于Z轴向模组23的滑块上。红外光电传感器25位于步进电机固定座24上，用于检测步进电机27是否回到零位。步进电机27位于步进电机固定座24上，其上端输出端接有步进电机回零杆26，用于提示回零位置，其下端输出端接有画笔固定架28，用于判断步进电机27是否位于轮毂4的中心正上方并安装画笔29。画笔29安装于画笔固定架28上，用于添加轮毂4的中心花键套与外层包铝交界部位的油膜记号。笔帽架30位于模组安装座15上，用于放置画笔帽。

具体的，当轮毂夹紧装置完成对轮毂4的夹紧固定后，Z轴伺服电机22驱动Z轴模组23，升高画笔29，将画笔29的笔尖从笔帽架30上的画笔帽中拔出，升高至一定高度后，Z轴伺服电机22停转，X轴伺服电机18驱动X轴向模组19，带动Z轴向模组23与步进电机27沿定义的X轴方向移动，当步进电机27移至轮毂4的中心正上方后，X轴伺服电机18停转，Z轴伺服电机22驱动Z轴向模组23，降低步进电机27至画笔29笔尖触碰轮毂4，之后Z轴伺服电机22停转，步进电机27开始旋转，在轮毂4的中心花键套与外层包铝交界部位添加油膜记号。完成记号添加后，X轴伺服电机18与Z轴伺服电机22同时开始工作，且过程中步进电机27旋转至回零位置，直至将画笔29的笔尖重新插入笔帽架30的画笔帽中。

花键轴定心装置包括活动V型块32、花键轴33、固定V型块34、定心气缸安装座35和定心气缸36。定心气缸安装座35位于安装台面2上，且安装于下层轮毂放置台6的开槽处，其上安装有固定V型块34与定心气缸36。活动V型块位于定心气缸36的端板上，与固定V型块及定心气缸36一同用于花键轴33的轴向固定。花键轴33一端为花键，另一端为方形，花键端用于与轮毂4的中心花键套配合，方形端用于与花键轴垫块44的方孔配合。

具体的，当轮毂4的中心花键套完成与花键轴33的轴孔配合，轮毂夹紧装置完成对轮毂4的夹紧固定后，定心气缸36恢复至缩回状态，活动V型块32远离花键轴33，不再夹紧花键轴。待轮毂4的中心花键套浇筑品质检测完成，并获得最终检测结果后，定心气缸36将活动V型块32顶靠在花键轴33上，再次夹紧花键轴33，以便于轮毂4的最终取出，及下次检测时的花键轴位置不发生偏移。

轮毂中心花键套加载装置包括花键轴33、小台面37、扭转气缸38、扭转气缸安装座39、测试杆下限位块40、测试杆41、液压缓冲器42、万向球轴承43和花键轴垫块44。小台面37位于柜底1内的钢架结构上，用于支撑轮毂中心花键套加载装置的其他部件。扭转气缸安装座39以花键轴33的轴心为基准，每只间隔180°，呈圆周向分布，其上安装有扭转气缸38。测试杆下限位块40位于小台面37上，且安装于测试杆41两端正下方，用于减少测试杆41在换型时拔出花键轴33后的倾斜程度，方便花键轴33的重新装入。测试杆41中间长方体部分下方装有万向球轴承43，并通过万向球轴承43与小台面37接触，测试杆41两端装有液压缓冲器42，在加载测试环节与扭转气缸38的端面接触，用于减缓扭转气缸38快速伸出时带来的冲击。测试杆41在不进行检测工作的状态下，依靠花键轴定心装置对花键轴33的定位作用，实现自身的正立状态，在进行加载检测的状态下，依靠花键轴33与轮毂中心花键套的轴孔配合，实现自身的正立状态。

具体的，当轮毂花键套划线装置完成对轮毂4的中心花键套与外层包铝交界部位油膜记号的添加，并回到初始位置后，两个扭转气缸38同时伸出端板，随后两端板同时顶压测试杆41两端的液压缓冲器42，测试杆41受到两个垂直于其轴线，大小相等，方向相反的力，绕花键轴33轴线产生小幅度旋转，从而通过花键轴垫块44将形成的扭转力矩传递给花键轴33，由于花键轴33的花键端与轮毂4的中心花键套轴孔配合，且轮毂4已被轮毂夹紧装置固定，故花键轴33产生扭转趋势，轮毂4则受到相应的扭转力矩。扭转气缸38稳定顶压测试杆41持续3秒后，扭转气缸38缩回，结束单次加载，轮毂4中心花键套受到的扭转力矩消失。循环若干次上述动作后，单个轮毂的扭转力矩加载结束。

轮毂图像采集装置包括相机支架45、条形光源46、四光源架47、光源导向架48、光源固定板49、相机固定块50、CCD相机51和光学镜头52。相机支架45安装于安装台面2上，用于调整CCD相机51的高度及其视野。CCD相机51通过相机固定块50安装于相机支架45上。光源固定板49安装固定于遮光机柜3内侧顶部。光源导向架48安装于光源固定板49上，用于调整四光源架47高度。四光源架47安装于光源导向架48上，用于安装四根条形光源46，并调节其光照角度。

具体的，通过调整相机支架45找到CCD相机51和光学镜头52的最佳的成像高度，并将CCD相机51的视野移动至轮毂4的中心花键套正上方。当轮毂中心花键套加载装置开始加载时，轮毂图像采集装置开始拍摄实时图像，四根条形光源47进行照明，CCD相机51和光学镜头52进行图像采集。之后对轮毂中心花键套的浇筑品质进行检测。

工作过程：轮毂花键套质量检测装置包括工控机和人机交互式显示器。工控机处理系统包括轮毂中心花键套浇筑品质检测系统和轮毂中心花键套加载系统。在选择好待检测的轮毂型号后，轮毂中心花键套加载系统会针对相应的轮毂型号，改变轮毂中心花键套加载装置中的输入气压大小，以改变测试时扭转气缸38施加的扭转力矩大小。在轮毂中心花键套的加载测试过程中，轮毂图像采集装置采集多张实时图像。图像采集完成后，工控机的轮毂中心花键套浇筑品质检测系统通过比较完好的轮毂4的图像样本与采集到的实时图像，主要检测实时图像中标有油膜记号的部位是否出现裂缝与气泡，以达到对轮毂4的中心花键套浇筑质量的检测判断。

Claims (3)

1.一种基于机器视觉的轮毂中心花键浇筑品质检测设备，其特征在于，包括柜底(1)、安装台面(2) 、遮光机柜(3)、小台面(37)、轮毂夹紧装置、花键轴定心装置、轮毂花键套划线装置、轮毂中心花键套加载装置、轮毂图像采集装置和轮毂花键套质量检测装置，所述轮毂图像采集装置的输出端与轮毂花键套质量检测装置连接；所述轮毂夹紧装置待轮毂(4)与花键轴(33)完成配合后对轮毂(4)进行夹紧固定，由所述花键轴定心装置松开对花键轴(33)的夹持，由所述轮毂花键套划线装置添加轮毂(4)的中心花键套与轮圈辐条交界部位的油漆记号，由所述轮毂中心花键套加载装置对轮毂(4)的中心花键套进行扭转加载，由所述轮毂图像采集装置在所述轮毂加载装置加载过程中对所述轮毂花键套划线装置添加的油漆记号部位进行图像信息实时采集，所述轮毂花键套质量检测装置基于所述轮毂(4)的花键套图像信息识别中心花键套浇铸品质，完成轮毂(4)的中心花键套浇筑品质检测后，由所述花键轴定心装置重新夹紧花键轴(33)，以方便取下轮毂。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的轮毂中心花键浇筑品质检测设备，其特征在于，所述轮毂图像采集装置包括相机支架(45)、条形光源(46)、四光源架(47)、光源导向架(48)、光源固定板(49)、相机固定块(50)、CCD相机(51)和光学镜头(52)，相机支架(45)安装于安装台面(2)上，用于调整CCD相机(51)的高度及其视野，CCD相机(51)通过相机固定块(50)安装于相机支架(45)上，光源固定板(49)安装固定于遮光机柜(3)内侧顶部，光源导向架(48)安装于光源固定板(49)上，用于调整四光源架(47)高度，四光源架(47)安装于光源导向架(48)上，用于安装四根条形光源(46)，并调节其光照角度。

3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的轮毂中心花键浇筑品质检测设备，其特征在于，所述轮毂花键套质量检测装置包括工控机和人机交互式显示器，工控机处理系统包括轮毂中心花键套浇筑品质检测系统和轮毂中心花键套加载系统，在选择好待检测的轮毂型号后，轮毂中心花键套加载系统会针对相应的轮毂型号，改变轮毂中心花键套加载装置中的输入气压大小，以改变测试时扭转气缸(38)施加的扭转力矩大小，在轮毂中心花键套的加载测试过程中，轮毂图像采集装置采集多张实时图像，图像采集完成后，工控机的轮毂中心花键套浇筑品质检测系统通过比较完好的轮毂(4)的图像样本与采集到的实时图像，主要检测实时图像中标有油漆记号的部位是否出现裂缝与气泡，以达到对轮毂(4)的中心花键套浇筑质量的检测判断。

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