CN112945099B - 一种轴尺寸在线检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴尺寸在线检测系统。本发明包括机架、推料线性导轨、物料盒、D形槽检测模组、推杆、被检测轴、环形风淋、中转线性导轨、推动气缸、气动夹爪1、视觉测量模组、气动夹爪2、线性电缸、检测线性导轨。本发明实现了加工轴类零件的在线自动尺寸检测及反馈,通过双远心视觉检测方式实时测量每根加工轴的关键尺寸,并自动反馈给加工机床,补偿车床车削中的车刀磨损量,从而保证加工轴的尺寸精度。系统检测精度高、检测效率高、可数字化反应加工质量,适应于在线检测环境。
Description
技术领域
本发明属于机器视觉检测领域,涉及一种轴尺寸在线检测在线自动化检测系统。
背景技术
轴类零件作为旋转机构的主要核心部件,其加工精度直接影响旋转机构的装配精度,目前随着加工手段的提升,加工精度也迈入微米量级,如此高的精度,采用传统手动测量方式,存在着人为测量误差大,较难反馈至机床系统等问题,针对上述问题,需要采用自动化手段实时测量加工轴的尺寸并实现闭环反馈,保证加工轴精度。
为此,本发明提出了一种轴尺寸在线检测在线自动化检测系统及方法,该系统利用双远心成像方式,结合自动风淋、自动D形槽判别模组等,实现了轴类零件的微米级尺寸高精度检测,同时可将尺寸反馈给机床,实现机床闭环控制,保证了加工轴精度,避免出现加工不良品的情况,可极大的提高加工质量、加工精度。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足,为解决轴尺寸在线检测,提供一种轴尺寸在线检测系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
一种轴尺寸在线检测系统,包括机架(S1)、推料线性导轨(S2)、物料盒(S3)、D形槽检测模组(S4)、推杆(S5)、被检测轴(S6)、环形风淋(S7)、中转线性导轨(S8)、推动气缸(S9)、气动夹爪Ⅰ(S10)、视觉测量模组(S11)、气动夹爪Ⅱ(S12)、线性电缸(S13)、检测线性导轨(S14);
所述的推料线性导轨(S2)吊装在机架(S1)一个侧面的横杆S1-1上,推料线性导轨(S2)上安装有推杆(S5),用于推动物料盒(S3)中的被检测轴(S6)做横向移动;物料盒(S3)另一侧面的外部上装有环形风淋(S7),环形风淋(S7)对推动的被检测轴(S6)做环形吹风,吹掉轴加工中表面残留的油污和切屑;
物料盒(S3)通过支撑架固定在机架(S1)底部面板上;推杆(S5)推动的被检测轴(S6)经环形风淋(S7)吹淋后,被气动夹爪Ⅰ(S10)夹住,气动夹爪Ⅰ(S10)安装在推动气缸(S9)上,推动气缸(S9)安装在中转线性导轨(S8)上,在中转线性导轨(S8)的驱动下,气动夹爪Ⅰ(S10)将被检测轴(S6)抽出物料盒(S3);当被检测轴(S6)完全抽出后,推动气缸(S9)动作伸出,将气动夹爪Ⅰ(S10)和被检测轴(S6)推动到气动夹爪Ⅱ(S12)位置处,气动夹爪Ⅱ(S12)固定在线性电缸(S13)上,在线性电缸(S13)的驱动下做上下动作;
线性电缸(S13)固定在检测线性导轨(S14)上,可随检测线性导轨(S14)做线性平移,检测线性导轨(S14)吊装在机架(S1)另一个侧面的横杆S1-2上;
当被检测轴(S6)推动到气动夹爪Ⅱ(S12)位置处时,气动夹爪Ⅱ(S12)夹持被检测轴(S6),气动夹爪Ⅰ(S10)松开,推动气缸(S9)动作缩回,气动夹爪Ⅱ(S12)和被检测轴(S6)在线性电缸(S13)驱动下移动至视觉测量模组(S11)的检测中心高度位置,然后在检测线性导轨(S14)的驱动下平移通过视觉测量模组(S11)完成被检测轴(S6)的检测。
进一步的,所述的物料盒的外截面为矩形,且其顶部开有一个V型槽,该V型槽用于放置被检测轴(S6);被检测轴(S6)从物料盒(S3)的一个侧面平稳的进入物料盒(S3)的V型槽,通过推杆(S5)平稳的将被检测轴(S6)进行从最左到最右的移动。
进一步的,所述的环形风淋(S7)包括环形块、固定块以及喷嘴。环形块的环形外侧壁对称设置有固定块,用于将环形块固定到物料盒(S3)侧面外部,多个喷嘴均匀设置在环形块的一个侧面;环形块的环形外侧壁同时设置有喷嘴连接管,喷嘴连接管与多个喷嘴在环形块的内部均相连;环形风淋(S7)可吹出环形均匀风淋,保证360°无死角吹淋,避免切屑、切屑油对检测结果的影响。
本发明有益效果如下:
本发明提出了一种轴尺寸在线检测在线自动化检测系统及方法,该系统利用双远心成像方式,结合自动风淋、自动D形槽判别模组等,实现了轴类零件的微米级尺寸高精度检测,同时可将尺寸反馈给机床,实现机床闭环控制,保证了加工轴精度,避免出现加工不良品的情况,可极大的提高加工质量、加工精度。
附图说明
图1.是轴尺寸在线检测系统图;
图2.是检测线性导轨放大图;
图3.是环形风淋结构图;
图4.是D形槽结构图;
图5.是D形槽检测模组图;
图6.是视觉检测模组图;
图7.是D型槽图像;
图8.是双远心成像图像;
图9.是轴检测尺寸结果;
具体实施说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示,一种轴尺寸在线检测系统,包括:机架(S1)、推料线性导轨(S2)、物料盒(S3)、D形槽检测模组(S4)、推杆(S5)、被检测轴(S6)、环形风淋(S7)、中转线性导轨(S8)、推动气缸(S9)、气动夹爪Ⅰ(S10)、视觉测量模组(S11)、气动夹爪Ⅱ(S12)、线性电缸(S13)、检测线性导轨(S14);
所述的推料线性导轨(S2)吊装在机架(S1)一个侧面的横杆S1-1上,推料线性导轨(S2)上安装有推杆(S5),用于推动物料盒(S3)中的被检测轴(S6)做横向移动;物料盒(S3)另一侧面的外部上装有环形风淋(S7),环形风淋(S7)对推动的被检测轴(S6)做环形吹风,吹掉轴加工中表面残留的油污和切屑;
物料盒(S3)通过支撑架固定在机架(S1)底部面板上;推杆(S5)推动的被检测轴(S6)经环形风淋(S7)吹淋后,被气动夹爪Ⅰ(S10)夹住,气动夹爪Ⅰ(S10)安装在推动气缸(S9)上,推动气缸(S9)安装在中转线性导轨(S8)上,在中转线性导轨(S8)的驱动下,气动夹爪Ⅰ(S10)将被检测轴(S6)抽出物料盒(S3);当被检测轴(S6)完全抽出后,推动气缸(S9)动作伸出,将气动夹爪Ⅰ(S10)和被检测轴(S6)推动到气动夹爪Ⅱ(S12)位置处,气动夹爪Ⅱ(S12)固定在线性电缸(S13)上,在线性电缸(S13)的驱动下做上下动作;
线性电缸(S13)固定在检测线性导轨(S14)上,可随检测线性导轨(S14)做线性平移,检测线性导轨(S14)吊装在机架(S1)另一个侧面的横杆上;
当被检测轴(S6)推动到气动夹爪Ⅱ(S12)位置处时,气动夹爪Ⅱ(S12)夹持被检测轴(S6),气动夹爪Ⅰ(S10)松开,推动气缸(S9)动作缩回,气动夹爪Ⅱ(S12)和被检测轴(S6)在线性电缸(S13)驱动下移动至视觉测量模组(S11)的检测中心高度位置,然后在检测线性导轨(S14)的驱动下平移通过视觉测量模组(S11)完成被检测轴(S6)的检测。
进一步的,所述的物料盒的外截面为矩形,且其顶部开有一个V型槽,该V型槽用于放置被检测轴(S6);被检测轴(S6)从物料盒(S3)的一个侧面平稳的进入物料盒(S3)的V型槽,通过推杆(S5)平稳的将被检测轴(S6)进行从最左到最右的移动。
进一步的,如图3所示,环形风淋(S7)包括环形块、固定块以及喷嘴。环形块的环形外侧壁对称设置有固定块,用于将环形块固定到物料盒(S3)侧面外部,多个喷嘴均匀设置在环形块的一个侧面;环形块的环形外侧壁同时设置有喷嘴连接管,喷嘴连接管与多个喷嘴在环形块的内部均相连;环形风淋(S7)可吹出环形均匀风淋,保证360°无死角吹淋,避免切屑、切屑油对检测结果的影响。
进一步的,所述的气动夹爪Ⅰ(S10)和气动夹爪(S12)位置错开。
进一步的,如图4所示,当被检测轴(S6)已知包含D形槽(S15),则在进行视觉测量模组(S11)的检测前,需对D形槽(S15)位置进行判别,具体判断如下:气动夹爪Ⅱ(S12)和被检测轴(S6)在线性电缸(S13)驱动下移动至D形槽检测模组(S4)的成像中心位置,在检测线性导轨(S14)的驱动下平移进入D形槽检测模组(S4)检测位置,完成D形槽位置判定;完成D形槽位置判定后,气动夹爪Ⅱ(S12)和被检测轴(S6),在检测线性导轨(S14)的驱动下平移通过视觉测量模组(S11)完成被检测轴(S6)的尺寸检测;且所述的视觉测量模组(S11)和D形槽检测模组(S4)的成像中心高度一致。
被检测轴(S6)是否包含D形槽(S15)是预知的,在将被检测轴(S6)放入到物料盒(S3)时已经知道。
进一步的,如图5所示,所述的所述的D形槽检测模组(S4)包括:固定架(S16)、气动夹爪Ⅲ(S17)、45度反射镜(S18)、固定立板(S19)、电机(S20)、成像相机(S21);其中气动夹爪Ⅲ(S17)刚性固定在固定架(S16)上,固定架(S16)刚性固定在电机(S20)输出轴上,电机(S20)固定在固定立板(S19)上,为实现D形槽(S15)的位置识别,固定架(S16)上安装有45度反射镜(S18),固定立板(S19)上安装有成像相机(S21);成像相机(S21)的成像位置正对45度反射镜(S18)中心位置;检测时,被检测轴(S6)进入D形槽检测模组(S4),气动夹爪Ⅲ(S17)夹住被检测轴(S6);成像相机(S21)通过45度反射镜(S18)的反射,可对被检测轴(S6)轴端的D形槽(S15)进行成像获得D形槽图像,通过图像处理模块Ⅰ获得D形槽(S15)的位置角度偏差,利用电机(S20)转动补偿所计算出的位置角度偏差值,完成D形槽(S15)的位置检测与调整;
所述的气动夹爪Ⅲ(S17)两个夹爪的高度,与D形槽检测模组(S4)中固定架(S16)侧面的输入端口相同;被检测轴(S6)通过固定架(S16)的输入端口进入D形槽检测模组(S4)。
进一步的,如图6所示,所述的视觉测量模组(S11)包括远心光源(S22)、远心成像镜头相机(S23)、手动调节滑台(S24);
其中远心光源(S22)和远心成像镜头相机(S23)固定在手动调节滑台(S24)上,手动调节滑台(S24)固定在机架(S1)底部面板上上;检测时,气动夹爪Ⅱ(S12)夹持被检测轴(S6)平移进入视觉测量模组(S11)检测区域(即远心光源(S22)和远心成像镜头相机(S23)之间),由远心光源(S22)和远心成像镜头相机(S23)搭配采集获得双远心成像图像,利用图像处理模块Ⅱ获得被检测轴(S6)的尺寸;手动调节滑台(S24)主要用于远心成像镜头相机(S23)的调焦,保证双远心成像图像清晰。
进一步的,所述的图像处理模块Ⅰ关于D形槽图像的处理步骤具体实现如下:
步骤(1)读取D型槽图像,利用霍夫变换获取图像中D型面上的直线;
步骤(2)对读取到的D型槽图像进行二值化,进行拟合圆处理获取D型槽图像的旋转中心;
步骤(3)根据旋转中心和D型面上的直线计算斜率,从而得到D型槽的位置角度偏差。
进一步的,所述的图像处理模块Ⅱ对双远心成像图像的处理步骤具体实现如下:
步骤1、读取被检测轴所有的双远心成像图像,针对每幅图像进行畸变校正,从而校正镜头相机引起的图像畸变;
步骤2、针对畸变校正后的图像进行图像拼接,获得整根被检测轴的图像;
步骤3、对拼接后的图像进行边缘提取,获取轴像素级别的边缘坐标位置Ⅰ,然后利用亚像素边缘提取方法对边缘坐标进一步细分,获取轴亚像素级别的边缘坐标位置Ⅱ;
步骤4、利用轴的边缘坐标位置Ⅱ所在的边缘坐标计算出轴尺寸。
进一步的,该系统应用在机床时,能够实现检测轴尺寸与机床的闭环反馈,其步骤如下:
(1)同步获取用户在机床生产的检测轴的输入轴尺寸规格以及经过该系统在线测量的轴尺寸规格;
(2)计算出输入轴尺寸规格与在线测量的轴尺寸规格之间的偏差,得到补偿值;
(3)将补偿值写入机床的刀具补偿值中。
实施例
针对加工后直径公称为φ15mm,长度151.7mm的轴进行尺寸检测测试。加工后,经环形风淋吹淋后,进行D形槽检测模组采集得到的D形槽图像如图7所示,提取获得D形槽角度为-108.3度,通过D形槽检测模组转动调整后,经视觉测量模组采集到双远心成像图像如图8所示,经图像处理后测量得到轴径尺寸如图9所示,针对检测结果,进行了手工千分尺测量尺寸比对,结果如表1所示。从表1中可知,与手工千分尺测量结果比对可知轴尺寸在线检测系统测量结果直径检测可达到±0.002mm;经D形槽检测模组校正旋转后D形槽位置精度可达±0.003mm;轴长度检测偏差可达±0.008mm。由此可知轴尺寸在线检测系统具有较高的检测精度,可应用在加工轴的在线检测中。
表1测量结果比对表
Claims (10)
1.一种轴尺寸在线检测系统,其特征在于包括:机架(S1)、推料线性导轨(S2)、物料盒(S3)、D形槽检测模组(S4)、推杆(S5)、被检测轴(S6)、环形风淋(S7)、中转线性导轨(S8)、推动气缸(S9)、气动夹爪Ⅰ(S10)、视觉测量模组(S11)、气动夹爪Ⅱ(S12)、线性电缸(S13)、检测线性导轨(S14);
所述的推料线性导轨(S2)吊装在机架(S1)一个侧面的横杆S1-1上,推料线性导轨(S2)上安装有推杆(S5),用于推动物料盒(S3)中的被检测轴(S6)做横向移动;物料盒(S3)另一侧面的外部上装有环形风淋(S7),环形风淋(S7)对推动的被检测轴(S6)做环形吹风,吹掉轴加工中表面残留的油污和切屑;
物料盒(S3)通过支撑架固定在机架(S1)底部面板上;推杆(S5)推动的被检测轴(S6)经环形风淋(S7)吹淋后,被气动夹爪Ⅰ(S10)夹住,气动夹爪Ⅰ(S10)安装在推动气缸(S9)上,推动气缸(S9)安装在中转线性导轨(S8)上,在中转线性导轨(S8)的驱动下,气动夹爪Ⅰ(S10)将被检测轴(S6)抽出物料盒(S3);当被检测轴(S6)完全抽出后,推动气缸(S9)动作伸出,将气动夹爪Ⅰ(S10)和被检测轴(S6)推动到气动夹爪Ⅱ(S12)位置处,气动夹爪Ⅱ(S12)固定在线性电缸(S13)上,在线性电缸(S13)的驱动下做上下动作;
线性电缸(S13)固定在检测线性导轨(S14)上,可随检测线性导轨(S14)做线性平移,检测线性导轨(S14)吊装在机架(S1)另一个侧面的横杆S1-2上;
当被检测轴(S6)推动到气动夹爪Ⅱ(S12)位置处时,气动夹爪Ⅱ(S12)夹持被检测轴(S6),气动夹爪Ⅰ(S10)松开,推动气缸(S9)动作缩回,气动夹爪Ⅱ(S12)和被检测轴(S6)在线性电缸(S13)驱动下移动至视觉测量模组(S11)的检测中心高度位置,然后在检测线性导轨(S14)的驱动下平移通过视觉测量模组(S11)完成被检测轴(S6)的检测。
2.根据权利要求1所述的一种轴尺寸在线检测系统,其特征在于所述的物料盒的外截面为矩形,且其顶部开有一个V型槽,该V型槽用于放置被检测轴(S6);被检测轴(S6)从物料盒(S3)的一个侧面平稳的进入物料盒(S3)的V型槽,通过推杆(S5)平稳的将被检测轴(S6)进行从最左到最右的移动。
3.根据权利要求1所述的一种轴尺寸在线检测系统,其特征在于所述的环形风淋(S7)包括环形块、固定块以及喷嘴;环形块的环形外侧壁对称设置有固定块,用于将环形块固定到物料盒(S3)侧面外部,多个喷嘴均匀设置在环形块的一个侧面;环形块的环形外侧壁同时设置有喷嘴连接管,喷嘴连接管与多个喷嘴在环形块的内部均相连;环形风淋(S7)可吹出环形均匀风淋,保证360°无死角吹淋,避免切屑、切屑油对检测结果的影响。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种轴尺寸在线检测系统,其特征在于所述的气动夹爪Ⅰ(S10)和气动夹爪Ⅱ(S12)位置错开。
5.根据权利要求4所述的一种轴尺寸在线检测系统,其特征在于当被检测轴(S6)已知包含D形槽(S15),则在进行视觉测量模组(S11)的检测前,需对D形槽(S15)位置进行判别,具体判断如下:气动夹爪Ⅱ(S12)和被检测轴(S6)在线性电缸(S13)驱动下移动至D形槽检测模组(S4)的成像中心位置,在检测线性导轨(S14)的驱动下平移进入D形槽检测模组(S4)检测位置,完成D形槽位置判定;
完成D形槽位置判定后,气动夹爪Ⅱ(S12)和被检测轴(S6),在检测线性导轨(S14)的驱动下平移通过视觉测量模组(S11)完成被检测轴(S6)的尺寸检测;
且所述的视觉测量模组(S11)和D形槽检测模组(S4)的成像中心高度一致。
6.根据权利要求1或5所述的一种轴尺寸在线检测系统,其特征在于所述的D形槽检测模组(S4)包括:固定架(S16)、气动夹爪Ⅲ(S17)、45度反射镜(S18)、固定立板(S19)、电机(S20)、成像相机(S21);其中气动夹爪Ⅲ(S17)刚性固定在固定架(S16)上,固定架(S16)刚性固定在电机(S20)输出轴上,电机(S20)固定在固定立板(S19)上,为实现D形槽(S15)的位置识别,固定架(S16)上安装有45度反射镜(S18),固定立板(S19)上安装有成像相机(S21);成像相机(S21)的成像位置正对45度反射镜(S18)中心位置;检测时,被检测轴(S6)进入D形槽检测模组(S4),气动夹爪Ⅲ(S17)夹住被检测轴(S6);成像相机(S21)通过45度反射镜(S18)的反射,可对被检测轴(S6)轴端的D形槽(S15)进行成像获得D形槽图像,通过图像处理模块Ⅰ获得D形槽(S15)的位置角度偏差,利用电机(S20)转动补偿所计算出的位置角度偏差值,完成D形槽(S15)的位置检测与调整;
所述的气动夹爪Ⅲ(S17)两个夹爪的高度,与D形槽检测模组(S4)中固定架(S16)侧面S16-1的输入端口相同;被检测轴(S6)通过固定架(S16)的输入端口进入D形槽检测模组(S4)。
7.根据权利要求1或5所述的一种轴尺寸在线检测系统,其特征在于所述的视觉测量模组(S11)包括远心光源(S22)、远心成像镜头相机(S23)、手动调节滑台(S24);
其中远心光源(S22)和远心成像镜头相机(S23)固定在手动调节滑台(S24)上,手动调节滑台(S24)固定在机架(S1)底部面板上;检测时,气动夹爪Ⅱ(S12)夹持被检测轴(S6)平移进入视觉测量模组(S11)检测区域,由远心光源(S22)和远心成像镜头相机(S23)搭配采集获得双远心成像图像,利用图像处理模块Ⅱ获得被检测轴(S6)的尺寸;手动调节滑台(S24)用于远心成像镜头相机(S23)的调焦,保证双远心成像图像清晰。
8.根据权利要求5所述的一种轴尺寸在线检测系统,其特征在于图像处理模块Ⅰ关于D形槽图像的处理步骤具体实现如下:
步骤(1)读取D型槽图像,利用霍夫变换获取图像中D型面上的直线;
步骤(2)对读取到的D型槽图像进行二值化,进行拟合圆处理获取D型槽图像的旋转中心;
步骤(3)根据旋转中心和D型面上的直线计算斜率,从而得到D型槽的位置角度偏差。
9.根据权利要求7所述的一种轴尺寸在线检测系统,其特征在于图像处理模块Ⅱ对双远心成像图像的处理步骤具体实现如下:
步骤1、读取被检测轴所有的双远心成像图像,针对每幅图像进行畸变校正,从而校正镜头相机引起的图像畸变;
步骤2、针对畸变校正后的图像进行图像拼接,获得整根被检测轴的图像;
步骤3、对拼接后的图像进行边缘提取,获取轴像素级别的边缘坐标位置Ⅰ,然后利用亚像素边缘提取方法对边缘坐标进一步细分,获取轴亚像素级别的边缘坐标位置Ⅱ;
步骤4、利用轴的边缘坐标位置Ⅱ所在的边缘坐标计算出轴尺寸。
10.根据权利要求7所述的一种轴尺寸在线检测系统,其特征在于该系统应用在机床时,能够实现检测轴尺寸与机床的闭环反馈,其步骤如下:
(1)同步获取用户在机床生产的检测轴的输入轴尺寸规格以及经过该系统在线测量的轴尺寸规格;
(2)计算出输入轴尺寸规格与在线测量的轴尺寸规格之间的偏差,得到补偿值;
(3)将补偿值写入机床的刀具补偿值中。
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- 2021-02-08 CN CN202110181612.5A patent/CN112945099B/zh active Active
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