CN113310518B - 空气弹簧表面质量视觉检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空气弹簧表面质量视觉检测系统，包括：基体；水平驱动件，安装于基体上；水平滑动组件，安装于基体上，与水平驱动件连接；垂直驱动件，安装于水平滑动组件上；垂直滑动组件，安装于水平滑动组件上，并与垂直驱动件连接；旋转驱动件，安装于垂直滑动组件上；旋转件，与旋转驱动件转动连接；视觉单元，安装于旋转件上；测量装置，安装于旋转件上，位于视觉单元一侧，用于测量空气弹簧尺寸和检测空气弹簧胶囊扭转偏移量；控制装置，包括分别与水平驱动件、垂直驱动件、旋转驱动件、视觉单元、测量装置电连接的控制器。本发明结构简单合理，易于操作和维护，能够实现空气弹簧表面质量的自动化检测，检测效率和检测精度高，安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通技术领域，涉及空气弹簧质量检测技术，具体地说，涉及一种空气弹簧表面质量视觉检测系统。
背景技术
空气弹簧是轨道交通车辆减振系统的关键部件。目前国内空气弹簧表面质量检测主要依靠人工检测，其具体方法为：操作人员采用手持手电筒进行空气弹簧表面检测和尺寸测量，检测精度和覆盖面较低，检测效率低。同时，由于检测过程中需要在空气弹簧充气状态下进行，存在安全隐患。
发明内容
本发明针对现有技术存在的检测效率低等上述问题，提供了一种检测效率高的空气弹簧表面质量视觉检测系统，能够实现空气弹簧表面质量的自动化检测，检测效率和检测精度高，安全可靠。
为了达到上述目的，本发明提供了一种空气弹簧表面质量视觉检测系统，包括：
基体；
水平移动装置，包括：
水平驱动件，安装于所述基体上；
水平滑动组件，安装于所述基体上，与所述水平驱动件连接；
垂直移动装置，包括：
垂直驱动件，安装于所述水平滑动组件上；
垂直滑动组件，安装于所述水平滑动组件上，并与所述垂直驱动件连接；
旋转装置，包括：
旋转驱动件，安装于所述垂直滑动组件上；
旋转件，与所述旋转驱动件转动连接；
视觉单元，安装于所述旋转件上；
测量装置，安装于所述旋转件上，位于所述视觉单元一侧，用于测量空气弹簧尺寸和检测空气弹簧胶囊扭转偏移量；
控制装置，包括控制器，所述控制器分别与所述水平驱动件、垂直驱动件、旋转驱动件、视觉单元、测量装置电连接。
优选的，所述水平滑动组件包括：
水平直线导轨，安装于所述基体上；
水平滑动件，与所述水平直线导轨滑动连接，并与所述水平驱动件的前端连接。
优选的，所述垂直滑动组件包括：
垂直直线导轨，安装于所述水平滑动件上；
垂直滑动件，与所述垂直直线导轨滑动连接，并与所述垂直驱动件的前端连接。
优选的，所述旋转驱动件通过第一固定件固定于所述垂直滑动件上，并通过联轴器与所述旋转件连接。
优选的，所述视觉单元包括：
相机，安装于所述旋转件上；
光源，设于所述相机的前端部四周，并通过第二固定件固定于所述旋转件上；
视觉处理器，分别与所述相机和所述控制器电连接，用于对所述相机采集的图像进行处理，识别空气弹簧表面缺陷，并将其发送至所述控制器。
优选的，所述视觉处理器对采集的图像进行处理的方法为：将采集的设定数量的图像数据作为训练样本，其中所述图像数据包括合格空气弹簧胶囊样本与表面存在缺陷的空气弹簧胶囊样本，通过深度学习算法对训练样本进行学习和训练，使用训练后的模型对采集的空气弹簧胶囊表面图像进行检测，判断空气弹簧胶囊表面是否存在缺陷。
优选的，所述测量装置包括：
激光测距装置，安装于所述旋转件上；
激光显线仪，安装于所述旋转件，位于所述激光测距装置下方。
优选的，所述控制器通过TCP/IP协议与空气弹簧试验台、其上游MES系统进行数据交互。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
(1)本发明结构简单合理，成本较低，经济适用，易于操作和维护，通过调节水平移动装置、垂直移动装置及旋转装置，能够兼容多种型号的空气弹簧，自动调整采集姿态，实现对空气弹簧过程参数(包括空气弹簧尺寸和空气弹簧胶囊扭转偏移量)及表面质量(即表面缺陷)的自动检测，检测效率和检测精度高，安全可靠。
(2)本发明通过视觉处理器和控制器实现对空气弹簧表面质量信息记录与追溯功能。
附图说明
图1为本发明实施例所述空气弹簧表面质量视觉检测系统的正视图；
图2为本发明实施例所述空气弹簧表面质量视觉检测系统的左视图；
图3为本发明实施例所述空气弹簧表面质量视觉检测系统的右视图；
图4为本发明实施例所述空气弹簧表面质量视觉检测系统的俯视图；
图5-6为本发明实施例所述空气弹簧表面质量视觉检测系统的立体图；
图7为本发明实施例所述空气弹簧表面质量视觉检测系统中水平移动装置结构示意图；
图8为本发明实施例所述空气弹簧表面质量视觉检测系统中垂直移动装置结构示意图；
图9-10为本发明实施例所述空气弹簧表面质量视觉检测系统中旋转装置结构示意图；
图11为本发明实施例所述空气弹簧表面质量视觉检测系统的控制原理图。
图中，1、基体，2、水平移动装置，201、水平驱动件，202、水平直线导轨，203、水平滑动件，2031、第一滑块，2032、第一安装板、2033、第一连接板，3、垂直移动装置，301、垂直驱动件，302、垂直直线导轨，303、垂直滑动件，3031、第二滑块，3032、第二安装板，3033、第二连接板，4、旋转装置，401、旋转驱动件，402、旋转件，403、联轴器，5、视觉单元，501、相机，502、光源，503、视觉处理器，6、测量装置，601、激光测距装置，602、激光显线仪，7、控制装置，701、控制器，801、第一固定件，802、第二固定件，9、空气弹簧试验台，10、MES系统。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参见图1至11，本发明实施例提供了一种空气弹簧表面质量视觉检测系统，包括：
基体1；
水平移动装置2，包括：
水平驱动件201，安装于所述基体1上；
水平滑动组件，安装于所述基体1上，与所述水平驱动件201连接；
垂直移动装置3，包括：
垂直驱动件301，安装于所述水平滑动组件上；
垂直滑动组件，安装于所述水平滑动组件上，并与所述垂直驱动件301连接；
旋转装置4，包括：
旋转驱动件401，安装于所述垂直滑动组件上；
旋转件402，与所述旋转驱动件401转动连接；
视觉单元5，安装于所述旋转件402上；
测量装置6，安装于所述旋转件402上，位于所述视觉单元一侧，用于测量空气弹簧尺寸和检测空气弹簧胶囊扭转偏移量；
控制装置7，包括控制器701，所述控制器701分别与所述水平驱动件201、垂直驱动件301、旋转驱动件401、视觉单元5、测量装置6电连接。
具体地，继续参见图5至7，所述水平滑动组件包括：
水平直线导轨202，安装于所述基体1上；
水平滑动件203，与所述水平直线导轨202滑动连接，并与所述水平驱动件201的前端连接。
本实施例中，所述水平滑动件203包括与水平直线导轨202连接的第一滑块2031、固定于第一滑块2031上的第一安装板2032以及固定于第一安装板2032上的第一连接板2033，所述第一连接板2033与所述水平驱动件201的前端连接。所述水平驱动件201采用伺服电动缸。进行水平方向调节时，通过水平驱动件201驱动水平滑动件203沿水平直线导轨202滑动，滑动距离可根据实际需求进行设定。
具体地，继续参见图5、图6、图8，所述垂直滑动组件包括：
垂直直线导轨302，安装于所述水平滑动件203上；
垂直滑动件303，与所述垂直直线导轨302滑动连接，并与所述垂直驱动件301的前端连接。
具体地，继续参见图5至图6、图9至图10，所述旋转驱动件401通过第一固定件801固定于所述垂直滑动件303上，并通过联轴器403与所述旋转件402连接。通过旋转驱动件401驱动联轴器403转动，带动旋转件402旋转，进而可以调整视觉单元与测量装置的位置角度，实现摆动角度的调整。此处，旋转驱动件的所做的旋转运动由联轴器传递至旋转件。本实施例中，所述旋转驱动件为伺服电机和与伺服电机连接的减速机，所述联轴器与减速机的输出轴连接。
具体地，继续参见图5至图6、图9至图11，所述视觉单元包括：
相机501，安装于所述旋转件402上；
光源502，设于所述相机501的前端部四周，并通过第二固定件802固定于所述旋转件402上；
视觉处理器503，分别与所述相机501和所述控制器701电连接，用于对所述相机501采集的图像进行处理，识别空气弹簧表面缺陷，并将其发送至所述控制器701。
本实施例中，相机通过控制器控制完成水平方向和垂直方向的位置调整及摆动角度的调整，获取充气状态下空气弹簧表面图像数据，视觉处理器采用康耐视软件VISIONPRO VIDI软件，通过深度学习方法对空气弹簧胶囊表面图像数据进行处理，对空气弹簧表面缺陷的检测。具体地，所述视觉处理器对采集的图像进行处理的方法为：将采集的设定数量的图像数据作为训练样本，其中所述图像数据包括合格空气弹簧胶囊样本与表面存在缺陷的空气弹簧胶囊样本，通过深度学习算法对训练样本进行学习和训练，使用训练后的模型对采集的空气弹簧胶囊表面图像进行检测，判断空气弹簧胶囊表面是否存在缺陷。
具体地，继续参见图5至图6、图9至图11，所述测量装置包括：
激光测距装置601，安装于所述旋转件402上，与所述控制器701电连接；
激光显线仪602，安装于所述旋转件402，位于所述激光测距装置601下方，并与所述控制器701电连接。
本实施例中，所述激光测距装置采用市面上现有激光测距装置。
具体地，继续参见图11，所述控制器701通过TCP/IP协议与空气弹簧试验台9、其上游MES系统10进行数据交互。
本实施例上述视觉检测系统，结构简单合理，成本较低，经济适用，易于操作和维护，能够兼容多种型号的空气弹簧，自动调整采集姿态，实现对空气弹簧过程参数(包括空气弹簧尺寸和空气弹簧胶囊扭转偏移量)及表面质量(即表面缺陷)的自动检测，检测效率和检测精度高，安全可靠。
本发明实施例上述视觉检测系统，使用时，通过螺栓固定在试验台上。其工作原理如下：
(1)空气弹簧表面缺陷检测
根据空气弹簧胶囊不同型号，通过水平驱动件驱动水平滑动组件使相机在水平方向移动，通过垂直驱动件驱动垂直滑动组件使相机在垂直方向移动，通过旋转驱动件驱动旋转件旋转调节相机俯仰姿态角度，使相机以设定角度对准空气弹簧胶囊表面。
在空气弹簧充气状态旋转过程中，以设定时间间隔持续采集空气弹簧胶囊表面图像数据，多次调节相机位置和姿态并进行图像采集，获得空气弹簧胶囊表面完整图像数据。
视觉处理器运用深度学习算法训练后的模型对空气弹簧胶囊表面图像进行检测，判断胶囊表面是否存在缺陷，从而完成对空气弹簧表面缺陷的检测。
(2)空气弹簧尺寸测量
调节水平移动装置、垂直移动装置将激光测距装置移动至空气弹簧胶囊顶部固定位置。
空气弹簧充气完成进行保压时，调节垂直移动装置使激光测距装置沿垂直方向移动至胶囊底部固定位置，在运动过程中通过激光测距装置持续测量该激光测距装置与空气弹簧胶囊表面的距离，然后发送至控制器，由控制器实时记录激光测距数据。
测量完成后获取测量数据最小值，根据激光测距装置到空气弹簧中心位置的距离计算得到空气弹簧充气状态下的直径尺寸。
(3)空气弹簧胶囊扭转偏移量检测
调节水平移动装置、垂直移动装置将激光测距装置移动至设定固定位置，旋转驱动件驱动旋转件旋转使相机至设定姿态。
在空气弹簧充气压力至50KPa时，激光显线仪将激光线发射至空气弹簧胶囊表面，激光线与空气弹簧胶囊直径方向垂直，相机对激光线和空气弹簧胶囊表面轮廓线进行拍照，记录并测量激光线与空气弹簧胶囊两侧轮廓向之间的相对位置。
在空气弹簧充气压力至保压压力时，激光显线仪将激光线发射至空气弹簧胶囊表面，激光线与空气弹簧胶囊直径方向垂直，相机对激光线和空气弹簧胶囊表面轮廓线进行拍照，记录并测量激光线与空气弹簧胶囊两侧轮廓向之间的相对位置。
根据两次测量得到的激光线与空气弹簧胶囊两侧轮廓向之间的相对位置，计算空气弹簧胶囊扭转偏移量的大小。根据空气弹簧胶囊扭转偏移量可以判断空气弹簧质量是否合格。
上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种空气弹簧表面质量视觉检测系统，其特征在于，包括：
基体(1)；
水平移动装置(2)，包括：
水平驱动件(201)，安装于所述基体(1)上；
水平滑动组件，安装于所述基体(1)上，与所述水平驱动件(201)连接；
垂直移动装置(3)，包括：
垂直驱动件(301)，安装于所述水平滑动组件上；
垂直滑动组件，安装于所述水平滑动组件上，并与所述垂直驱动件(301)连接；
旋转装置(4)，包括：
旋转驱动件(401)，安装于所述垂直滑动组件上；
旋转件(402)，与所述旋转驱动件(401)转动连接；
视觉单元(5)，安装于所述旋转件(402)上；
测量装置(6)，安装于所述旋转件(402)上，位于所述视觉单元(5)一侧，用于测量空气弹簧尺寸和检测空气弹簧胶囊扭转偏移量；所述测量装置(6)包括：激光测距装置(601)，安装于所述旋转件(402)上；激光显线仪(602)，安装于所述旋转件(402)，位于所述激光测距装置(601)下方；
控制装置(7)，包括控制器(701)，所述控制器(701)分别与所述水平驱动件(201)、垂直驱动件(301)、旋转驱动件(401)、视觉单元(5)、测量装置(6)电连接；
所述视觉单元(5)包括：相机(501)，安装于所述旋转件(402)上；光源(502)，设于所述相机(501)的前端部四周，并通过第二固定件(802)固定于所述旋转件(402)上；视觉处理器(503)，分别与所述相机(501)和所述控制器(701)电连接，用于对所述相机(501)采集的图像进行处理，识别空气弹簧表面缺陷，并将其发送至所述控制器(701)；
检测空气弹簧表面缺陷时，根据空气弹簧胶囊不同型号，通过水平驱动件驱动水平滑动组件使相机在水平方向移动，通过垂直驱动件驱动垂直滑动组件使相机在垂直方向移动，通过旋转驱动件驱动旋转件旋转调节相机俯仰姿态角度，使相机以设定角度对准空气弹簧胶囊表面；在空气弹簧充气状态旋转过程中，以设定时间间隔持续采集空气弹簧胶囊表面图像数据，多次调节相机位置和姿态并进行图像采集，获得空气弹簧胶囊表面完整图像数据；视觉处理器运用深度学习算法训练后的模型对空气弹簧胶囊表面图像进行检测，判断胶囊表面是否存在缺陷，从而完成对空气弹簧表面缺陷的检测；空气弹簧尺寸测量时，调节水平移动装置、垂直移动装置将激光测距装置移动至空气弹簧胶囊顶部固定位置，空气弹簧充气完成进行保压时，调节垂直移动装置使激光测距装置沿垂直方向移动至胶囊底部固定位置，在运动过程中通过激光测距装置持续测量该激光测距装置与空气弹簧胶囊表面的距离，然后发送至控制器，由控制器实时记录激光测距数据；测量完成后获取测量数据最小值，根据激光测距装置到空气弹簧中心位置的距离计算得到空气弹簧充气状态下的直径尺寸；
检测空气弹簧胶囊扭转偏移量时，调节水平移动装置、垂直移动装置将激光测距装置移动至设定固定位置，旋转驱动件驱动旋转件旋转使相机至设定姿态；在空气弹簧充气压力至50KPa时，激光显线仪将激光线发射至空气弹簧胶囊表面，激光线与空气弹簧胶囊直径方向垂直，相机对激光线和空气弹簧胶囊表面轮廓线进行拍照，记录并测量激光线与空气弹簧胶囊两侧轮廓向之间的相对位置；在空气弹簧充气压力至保压压力时，激光显线仪将激光线发射至空气弹簧胶囊表面，激光线与空气弹簧胶囊直径方向垂直，相机对激光线和空气弹簧胶囊表面轮廓线进行拍照，记录并测量激光线与空气弹簧胶囊两侧轮廓向之间的相对位置；根据两次测量得到的激光线与空气弹簧胶囊两侧轮廓向之间的相对位置，计算空气弹簧胶囊扭转偏移量的大小，根据空气弹簧胶囊扭转偏移量判断空气弹簧质量是否合格。
2.如权利要求1所述的空气弹簧表面质量视觉检测系统，其特征在于，所述水平滑动组件包括：
水平直线导轨(202)，安装于所述基体(1)上；
水平滑动件(203)，与所述水平直线导轨(202)滑动连接，并与所述水平驱动件的前端连接。
3.如权利要求2所述的空气弹簧表面质量视觉检测系统，其特征在于，所述垂直滑动组件包括：
垂直直线导轨(302)，安装于所述水平滑动件(203)上；
垂直滑动件(303)，与所述垂直直线导轨(302)滑动连接，并与所述垂直驱动件(301)的前端连接。
4.如权利要求3所述的空气弹簧表面质量视觉检测系统，其特征在于，所述旋转驱动件(401)通过第一固定件(801)固定于所述垂直滑动件(303)上，并通过联轴器(403)与所述旋转件(402)连接。
5.如权利要求1所述的空气弹簧表面质量视觉检测系统，其特征在于，所述视觉处理器对采集的图像进行处理的方法为：将采集的设定数量的图像数据作为训练样本，其中所述图像数据包括合格空气弹簧胶囊样本与表面存在缺陷的空气弹簧胶囊样本，通过深度学习算法对训练样本进行学习和训练，使用训练后的模型对采集的空气弹簧胶囊表面图像进行检测，判断空气弹簧胶囊表面是否存在缺陷。
6.如权利要求1所述的空气弹簧表面质量视觉检测系统，其特征在于，所述控制器(701)通过TCP/IP协议与空气弹簧试验台(9)、其上游MES系统(10)进行数据交互。
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