CN112815856A - 一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，包括水平放置的平台，在平台上设有可载动轨体沿X轴左右往复运动的直线模组；在运动轨迹的中间位置设置有第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，所述第一激光测距传感器和第二激光测距传感器对称安装在直线模组前后两侧，用于测量到轨体两侧距离数据；在直线模组运动轨迹最左端设置有第一CCD采集器，用来采集轨体的端面图像；在直线模组运动轨迹中间段的上方放置有第二CCD采集器，用于采集轨体上第二基准孔和第一基准孔的图像。本发明基于机器视觉来测量轨体截面尺寸、端面以及基准孔直径等几何参数，提高轨体尺寸测量精度和效率。

Description

一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置

技术领域

本发明属于机器视觉测量技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置。

背景技术

目前汽车行业飞速发展，汽车零部件安全质量逐渐受到人们更多的关注。汽车座椅滑轨是汽车座椅上重要的金属部件，它使得座椅可以根据驾驶人员的个人习惯灵活地向前或向后滑动，来进行位置地调节。在工业生产中，汽车座椅滑轨轨体为大批量生产的冲压件，需求量巨大，一般可分为内轨和外轨，为保证产品生产质量，目前主要依赖于人工借助卡尺、塞规、PIN规或三坐标测量机对产品抽检来控制产品尺寸，很显然，当前检测方式存在劳动强度大、工作效率低且容易受人为因素影响等问题，已无法满足现代化快速生产需求。

近年来，机器视觉测量技术凭借非接触、高精度、效率高，易于实现自动化等优势广泛应用于工业测量领域。机器视觉就是利用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉测量系统就是利用CCD摄像机采集工业零部件图像，利用图像处理和检测算法，提取零部件特征参数。目前，在国内外的应用中，机器视觉应用在汽车行业的应用很多，比如邦纳公司采用Banner P4视觉系统，运用边缘工具和测量工具来检测汽车制动部件的位置尺寸，从而判断是否发生偏移，来完成零件组装；奥迪公司研制成功了一种白车身表面缺陷全自动检测的系统，该系统采用了高速图像处理、表面缺陷图像模式自动识别、智能化质量判断、机器人控制等技术，可以对焊装的白车身进行100%的在线检测；采用机器视觉系统完成车身涂胶可以减轻人工检查给操作者带来的强度，弥补人在反应和视觉方面的一些不足，有效提高车辆涂胶的准确率；采用机器视觉系统可完成对发动机气缸上的金属字符的准确读取，方便对产品进行跟踪备案。

但是现有技术中缺少利用机器视觉来测量汽车座椅滑轨轨体。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出了一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，基于机器视觉来测量轨体截面尺寸、端面以及基准孔直径等几何参数，提高轨体尺寸测量精度和效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，包括：水平放置的平台，在平台上设有可载动轨体沿X轴左右往复运动的直线模组；

在运动轨迹的中间位置设置有第一激光测距传感器和第二激光测距传感器，所述第一激光测距传感器和第二激光测距传感器对称安装在直线模组前后两侧，用于测量到轨体两侧距离数据；

在直线模组运动轨迹最左端设置有第一CCD采集器，用来采集轨体的端面图像；在直线模组运动轨迹中间段的上方放置有第二CCD采集器，用于采集轨体上第二基准孔和第一基准孔的图像。

可选的，所述平台设置在机台主体上，所述机台主体下方安装有4个福马轮。

可选的，在运动轨迹的最右端设有第三光电传感器，在运动轨迹的最左端设有第一光电传感器，所述第三光电传感器和第一光电传感器设置在直线模组的一侧，所述第三光电传感器和第一光电传感器用来测量轨体所到达的位置，当第三光电传感器测量到轨体时，直线模组开始从右向左运动，当第一光电传感器测量到轨体时，直线模组开始从左向右运动。

可选的，所述第一CCD采集器包括第一CCD摄相机、第一远心镜头和环形光源，第一CCD摄像机、第一远心镜头和环形光源的焦点位于同一水平线。

可选的，所述第二CCD采集器包括第二CCD摄相机、第二远心镜头、第一背光源和第二背光源，第二CCD摄相机和第二远心镜头均设置在上方且两者焦点对准竖直向下，所述第一背光源设置在第二基准孔的正下方，所述第二背光源设置在第一基准孔的正下方。

可选的，在运动轨迹的中间段位于直线模组的一侧设有第二光电传感器，所述第二光电传感器用来测量轨体所到达的位置，当第二光电传感器测量到轨体时，控制第二CCD摄像机测量轨体上第二基准孔和第一基准孔的图像。

可选的，所述第一CCD摄像机通过第一XZ调节底座安装在平台上，环形光源通过第二XZ调节底座安装在平台上，第一激光测距传感器通过第四XZ调节底座安装在平台上，第二激光测距传感器通过第三XZ调节底座安装在平台上，所述第一XZ调节底座、第二XZ调节底座、第三XZ调节底座和第四XZ调节底座，均能够实现X、Z两轴方向位置调节。

可选的，还包括治具，所述治具固定在直线模组上，轨体固定放置在治具上。

可选的，所述治具包括下安装板、上安装板、前支架和后支架，所述下安装板水平安装在直线模组上，所述下安装板、上安装板、前支架和后支架拼接成矩形框架，轨体放置在上安装板上，在上安装板的右端设置有定位块和挡边，通过定位块和挡边对轨体进行限位，所述定位块和挡边均通过螺孔安装在上安装板上表面，定位块两侧面与轨体内侧两面直接接触，轨体一端与挡边接触。

进一步的，还包括显示器，所述显示器固定在机台主体上。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明开发了一套装置利用机器视觉技术实现了汽车滑轨轨体关键尺寸的非接触式测量，相比于传统检测方式在很大程度上提高了检测效率和测量精度；除此之外，提出了一种适用于冲压件直线、圆弧等结构要素的快速测量方法。因此，本发明具有一定的工程实用价值。

附图说明

图1为本发明轨体检测装置示意图；

图2为本发明中治具结构示意图；

图3为本发明轨体检测装置俯视图；

图4为轨体的模型图；

图5为本发明轨体检测装置的检测流程图。

图中附图标记为：1、平台；2、第一CCD摄相机；3、第一远心镜头；4、环形光源；5、第一光电传感器；6、治具；7、第一激光测距传感器；8、第二光电传感器；9、第三光电传感器；10、联轴器；11、驱动电机；12、第二CCD摄相机；13、第二激光测距传感器；14、轨体；15、直线模组；16、第一基准孔；17、第二基准孔；18、第二远心镜头；19、显示器；20、福马轮；21、第一XZ调节底座；22、第二XZ调节底座；23、第三XZ调节底座；24、第四XZ调节底座；25、机台主体；26、下安装板；27、定位块；28、挡边；29、第一背光源；30、第二背光源；31、上安装板；32、前支架；32、后支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明专利的描述中，需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

在本发明专利的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明专利的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明专利中的具体含义。

待测的座椅滑轨轨体（简称轨体）的结构参见图4所示，以外轨尺寸测量为例，轨体14的截面呈“凹”字型。轨体14上设有第二基准孔17和第一基准孔16，第二基准孔17与第一基准孔16之间的位置固定。本发明主要解决利用机器视觉实现轨体截面尺寸、基准孔及端面等几何参数测量问题。

本发明提供的一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，该装置结构参见图1-图3所示，包括机台主体25，所述机台主体25由40x40铝型材搭建而成，机台主体25下方安装有4个福马轮20，可自由移动机台主体的摆放位置。机台主体25上设有水平放置的平台1，平台1上加工有槽孔，可方便硬件固定安装。参见图1所示，以平台为基准建立坐标系，水平向左方向为X轴，竖直向下方向为Z轴。

参见图1所示，在平台上设有可载动轨体14沿X轴左右往复运动的直线模组15，所述直线模组由动作流程由PLC主导，PLC控制驱动电机11，驱动电机11的输出轴通过联轴器10驱动直线模组15，直线模组15载动轨体14沿X轴由右边向左边移动。

参见图3所示，为了实现直线模组15运动轨迹的自动控制，在运动轨迹的最右端设有第三光电传感器9，在运动轨迹的最左端设有第一光电传感器5，所述第三光电传感器9和第一光电传感器5设置在直线模组的一侧，所述第三光电传感器9和第一光电传感器5用来测量轨体14所到达的位置，当第三光电传感器9测量到轨体14时，控制直线模组15开始从右向左运动，当第一光电传感器5测量到轨体14时，控制直线模组15开始从左向右运动。

参见图1和图3所示，为了测量轨体的宽度，在运动轨迹的中间位置设置有第一激光测距传感器7和第二激光测距传感器13，所述第一激光测距传感器7和第二激光测距传感器13对称安装在直线模组15前后两侧，当直线模组15带动轨体14运动通过两侧的第一激光测距传感器7和第二激光测距传感器13时，所述两激光测距传感器实时测量出到轨体14两侧距离数据，并基于测量的距离数据计算得到轨体的截面宽度。

参见图1所示，为了测量轨体的端面参数，在直线模组运动轨迹最左端设置有第一CCD采集器，当直线模组15带动轨体14运动到最左端时，采集轨体的端面图像，基于轨体的端面图像可以获得轨体端面的相关参数，例如断面的弧度等。为了显现更好的图像采集效果，本发明中的第一CCD采集器包括第一CCD摄相机2、第一远心镜头3和环形光源4，参见图1所示，第一CCD摄像机2、第一远心镜头3和环形光源4的焦点位于同一水平线。

为了测量轨体的基准孔参数，在直线模组运动轨迹中间段的上方放置有第二CCD采集器，当直线模组15带动轨体14运动到此处时，采集轨体14上第二基准孔17和第一基准孔16的图像，基于轨体的基准孔图像可以获得两个基准孔的相关参数，例如基准孔的直径，两个基准孔的距离等。为了显现更好的图像采集效果，本发明中的第二CCD采集器包括第二CCD摄相机12、第二远心镜头18、第一背光源29和第二背光源30，第二CCD摄相机12和第二远心镜头18均设置在上方且两者焦点对准竖直向下，所述第一背光源29设置在第二基准孔17的正下方，所述第二背光源30设置在第一基准孔16的正下方。

为了实现自动测量，在运动轨迹的中间段位于直线模组15的一侧设有第二光电传感器8，所述第二光电传感器8用来测量轨体14所到达的位置，当第二光电传感器8测量到轨体14时，控制第二CCD摄相机12启动测量轨体14上第二基准孔17和第一基准孔16的图像。

为了实现对准轨体进行测量，第一CCD摄像机2通过第一XZ调节底座21安装在平台1上，环形光源4通过第二XZ调节底座22安装在平台1上，第一激光测距传感器7通过第四XZ调节底座24安装在平台1上，第二激光测距传感器13通过第三XZ调节底座23安装在平台1上，所述第一XZ调节底座21、第二XZ调节底座22、第三XZ调节底座23、第四XZ调节底座24，均能够实现X、Z两轴方向位置调节且均通过螺孔安装在平台1上。

本发明对端面测量时，通过CMOS工业相机与远心镜头配合成像，远心镜头可以减少镜头畸变，所用CMOS工业相机根据测量精度和视场大小来选定，选用环形光源突出结构轮廓特征，选择好合适的视觉硬件后，通过XZ调节底座调节相机与光源的位置，使轨体端面出现在图像中间。

本发明对于滑轨轨体基准孔测量时，通过工业相机与远心镜头配合成像，所用工业相机根据测量精度和视场大小来选定，CMOS工业相机和远心镜头通过连接板直接安装在铝型材上并垂直轨体上表面，选用背光源突出结构轮廓特征，背光源安装在治具下底板上。

为了将轨体14灵活固定在直线模组15上，在直线模组15上固定有治具6，轨体14固定放置在治具6上。治具的具体结构参见图2所示，所述治具6包括下安装板26、上安装板31、前支架32和后支架33，所述下安装板26水平安装在直线模组15上，所述下安装板26、上安装板31、前支架32和后支架33拼接成矩形框架，第一背光源29和第二背光源30固定在下安装板26上，轨体14放置在上安装板31上，在上安装板31的右端设置有定位块27和挡边28，通过定位块27和挡边28对轨体14进行限位，所述定位块27和挡边28均通过螺孔安装在上安装板31上表面，定位块27两侧面与轨体14内侧两面直接接触，轨体14一端与挡边28接触，所述挡边28为永磁材料制成。轨体14返回到右边起始点，可以重复放料。

进一步的，在机台主体25上还设置有显示器19，用来显示测量得到的数据和参数。

本发明一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置的工作过程，参见图5所示，包括：

首先由人工将待测的轨体14放置在治具6上，治具6固定在直线模组15上，第三光电传感器检测到轨体后，控制直线模组15载动轨体14开始从右向左运动，通过两侧的第一激光测距传感器7和第二激光测距传感器13时，所述两激光测距传感器以一定的采样间隔实时测量出到轨体14两侧表面距离数据，并基于测量的距离数据计算轨体截面宽度。具体为：第一激光测距传感器7和第二激光测距传感器13之间距离一定，假设两激光测距传感器的安装距离为L ₀ ，两激光测距传感器分别测量出到轨体两侧表面的距离值为l ₁ 、l ₂ ，那么轨体每一处截面的宽度值为（L ₀ - l ₁ - l ₂ ）。

在轨体14移动过程中，经过第二光电传感器8时，触发第二CCD摄像机12摄取第二基准孔17和第一基准孔16图像，由于第一基准孔16、第二基准孔17位置大致确定，因此可根据治具运动速度确定出第二CCD摄像机12拍摄第一基准孔16时间。当第一基准孔16拍照结束后，第一背光源29、第二背光源30关闭。基于采集到的基准孔图像，对图像进行处理分析，得到基准孔的参数数据。

当轨体14运动到左极限位置时，经过第一光电传感器5，触发第一CCD摄像机2摄取轨体14的端面图像。对采集到的轨体端面图像进行处理分析，得到端面参数数据。

并将采集到轨体截面宽度、基准孔参数和端面的参数数据在显示器19中显示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，其特征是，包括：水平放置的平台（1），在平台（1）上设有可载动轨体（14）沿X轴左右往复运动的直线模组（15）；

在运动轨迹的中间位置设置有第一激光测距传感器（7）和第二激光测距传感器（13），所述第一激光测距传感器（7）和第二激光测距传感器（13）对称安装在直线模组（15）前后两侧，用于测量到轨体（14）两侧距离数据；

在直线模组运动轨迹最左端设置有第一CCD采集器，用来采集轨体（14）的端面图像；在直线模组运动轨迹中间段的上方放置有第二CCD采集器，用于采集轨体（14）上第二基准孔（17）和第一基准孔（16）的图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，其特征是，所述平台（1）设置在机台主体（25）上，所述机台主体（25）下方安装有若干个福马轮（20）。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，其特征是，在运动轨迹的最右端设有第三光电传感器（9），在运动轨迹的最左端设有第一光电传感器（5），所述第三光电传感器（9）和第一光电传感器（5）设置在直线模组（15）的一侧，所述第三光电传感器（9）和第一光电传感器（5）用来测量轨体（14）所到达的位置，当第三光电传感器（9）测量到轨体（14）时，直线模组（15）开始从右向左运动，当第一光电传感器（5）测量到轨体（14）时，直线模组（15）开始从左向右运动。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，其特征是，所述第一CCD采集器包括第一CCD摄相机（2）、第一远心镜头（3）和环形光源（4），第一CCD摄像机（2）、第一远心镜头（3）和环形光源（4）的焦点位于同一水平线。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，其特征是，所述第二CCD采集器包括第二CCD摄相机（12）、第二远心镜头（18）、第一背光源（29）和第二背光源（30），第二CCD摄相机（12）和第二远心镜头（18）均设置在上方且两者焦点对准竖直向下，所述第一背光源（29）设置在第二基准孔（17）的正下方，所述第二背光源（30）设置在第一基准孔（16）的正下方。

6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，其特征是，在运动轨迹的中间段位于直线模组（15）的一侧设有第二光电传感器（8），所述第二光电传感器（8）用来测量轨体（14）所到达的位置，当第二光电传感器（8）测量到轨体（14）时，第二CCD摄像机（12）测量轨体（14）上第二基准孔（17）和第一基准孔（16）的图像。

7.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，其特征是，所述第一CCD摄像机（2）通过第一XZ调节底座（21）安装在平台（1）上，环形光源（4）通过第二XZ调节底座（22）安装在平台（1）上，第一激光测距传感器（7）通过第四XZ调节底座（24）安装在平台（1）上，第二激光测距传感器（13）通过第三XZ调节底座（23）安装在平台（1）上，所述第一XZ调节底座（21）、第二XZ调节底座（22）、第三XZ调节底座（23）和第四XZ调节底座（24），均能够实现X、Z两轴方向位置调节。

8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，其特征是，还包括治具（6），所述治具（6）固定在直线模组（15）上，轨体（14）固定放置在治具（6）上。

9.根据权利要求8所述的一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，其特征是，所述治具（6）包括下安装板（26）、上安装板（31）、前支架（32）和后支架（33），所述下安装板（26）水平安装在直线模组（15）上，所述下安装板（26）、上安装板（31）、前支架（32）和后支架（33）拼接成矩形框架，轨体（14）放置在上安装板（31）上，在上安装板（31）的右端设置有定位块（27）和挡边（28），通过定位块（27）和挡边（28）对轨体（14）进行限位，定位块（27）两侧面与轨体（14）内侧两面直接接触，轨体（14）一端与挡边（28）接触。

10.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的座椅滑轨轨体检测装置，其特征是，还包括显示器（19），所述显示器（19）固定在机台主体（25）上。

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