CN115508369A - 一种发动机缸体铸件缸孔检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，主要涉及表面视觉检测领域。包括工作台，工作台的上方设有升降板，升降板上等距的设有多个检测机构，检测机构包括圆形的封板，封板上居中的贯穿有与其转动连接的套管，套管内贯穿有与其上下滑动配合的探杆，探杆与套管周向止动，探杆的底端的周面上安装有采集头，采集头的采集方向为与探杆的径向一致，套管上固定有连接架，连接架上设有灯座，灯座上安装有灯头，灯座具有与探杆径向对应的直线行程，灯头倾斜向外照射，且灯头的照射区域与采集头的采集区域对应。本发明的有益效果在于：它将缸孔表面问题转化为单一的可视化阴暗特征，从而易于抓取和识别，大大降低缺陷漏检及失误概率。

Description

一种发动机缸体铸件缸孔检测装置

技术领域

本发明涉及表面视觉检测领域，具体是一种发动机缸体铸件缸孔检测装置。

背景技术

铸造缸体作为汽车发动机的基体和骨架，不仅要支撑发动机的所有的运动件和各种附件的运作，还要承受高温高压的气体作用力，且活塞在缸孔中往复运动，摩擦很大，所以气缸体必须能耐高温、耐腐蚀、耐磨损。一般的说，为了满足以上要求，缸体的材料及加工精度都需要有严格的要求。作为气缸体承受最恶劣环境条件的缸孔，其缸孔壁既要保持一定的强度和硬度，又要保证缸壁不漏气、不渗水，能承受一定的压力。

而缸体为铸造件，缸孔内壁及加工面上可能存在气孔、伤痕、裂缝、磕碰、缺肉、异物等多种形式的缺陷。这些缺陷现在行业内主要采用人工检查。工人在规定时间内（多为1-2分钟一件）要对主要加工面及缸孔进行检查，表面的加工面暴露在外，还可以方便肉眼识别，但是孔内的缺陷即便使用灯筒辅助，也难以识别清楚，其误判率高达20%，基本都集中在缸孔内的缺陷漏检错检。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，它将缸孔表面问题转化为单一的可视化阴暗特征，从而易于抓取和识别，大大降低缺陷漏检及失误概率。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，包括工作台，所述工作台的上方设有具有直线升降行程的升降板，所述升降板上等距的设有多个检测机构，所述检测机构包括圆形的封板，所述封板上居中的贯穿有与其转动连接的套管，所述套管内贯穿有与其上下滑动配合的探杆，所述探杆与套管周向止动，所述探杆的底端的周面上安装有采集头，所述采集头基于图像或影像为采集目标，所述采集头的采集方向为与探杆的径向一致，所述套管上固定有连接架，所述连接架上设有灯座，所述灯座上安装有灯头，所述灯座具有与探杆径向对应的直线行程，且当探杆向下行进的时候，所述灯座行程为向探杆轴线方向移动，所述灯头倾斜向外照射，且灯头的照射区域与采集头的采集区域对应。

所述灯头投射的光线为向封盖的周边倾斜，且所述灯头的投射光线路径与采集头的取相路径共面。

所述封盖的边缘设有挡圈，所述挡圈贯穿并固定在升降板上，所述挡圈的外径与缸孔的内径相适应且二者间隙配合，所述挡圈的底侧设有坡口。

所述检测机构为4组且与待测缸体的缸孔相对应。

所述套管的长度方向与封盖垂直设置，所述套管的内壁上设有凸键，所述凸键的长度方向与套管一致，所述探杆为截面与套管相适应的圆形杆，所述探杆的侧壁上设有沿其长度方向延伸的滑槽，所述凸键与滑槽滑动配合。

所述封盖的底面上还固定有环形座，所述环形座与封盖同圆心，所述环形座上转动安装有外齿圈，所述封盖上可转动的安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮与外齿圈啮合，所述驱动齿轮通过电机驱动转动，所述连接架的外端固定在外齿圈上。

所述连接架的长度方向与外齿圈的径向对应，所述连接架上可转动的安装有调节丝杠，所述调节丝杠的长度方向与探杆的径线对应，且与采集头的安装位置对应，所述调节丝杠上配合有调节丝母，所述调节丝母上固定有调节滑块，所述连接架上设有条形滑孔，所述调节滑块与条形滑孔滑动配合，且滑动行程与封盖的径向对应，所述调节丝杠上还固定有支座，所述灯座安装在支座上。

所述灯座与支座铰接安装，所述灯座上设有弧形孔，所述支座上设有紧固螺栓，所述紧固螺栓贯穿弧形孔从而使灯座与支座固定限位。

所述工作台的下方设有与其上下冲齐的托板，所述托板与工作台平行设置，所述托板上矩阵安装有滚珠座，所述滚珠座内可滚动的安装有滚珠，所述工作台上对应滚珠座设有圆形通孔，所述托板相对工作台可升降的安装，所述托板位于其行程顶端的时候，所述滚珠的顶部球冠面暴露在工作台表面的上方。

所述工作台上左右对称的设有两个安装架，所述安装架上竖直的安装有升降导轨和升降丝杠，所述升降导轨上滑动配合有升降滑块，所述升降丝杠上设有升降丝母，所述升降丝母固定在升降滑块上，所述升降滑块上安装固定有延长架，所述延长架远离安装架的一端固定在升降板上；

所述升降板上固定有与其垂直的立架，所述立架竖直向上延伸，所述立架的顶端固定有横板，所述横板与升降板之间安装有光杆导轨和推进丝杠，所述推进丝杠上配合有推进丝母，所述光杆导轨上上下滑动配合有滑套，在横板与升降板之间还设有与二者平行的推板，所述推进丝母和滑套均安装在推板上，所述推板上等距的安装有转动底座，所述转动底座内基于转动轴承与探杆的顶端可转动的安装。

对比现有技术，本发明的有益效果在于：

通过本装置，可以基于倾斜照射在缸孔内壁的光线，以及在黑暗条件下取相的图像数据，对各种缸孔表面问题转化为特征单一化的阴影特征，反映为可显著视觉识别的点状或线状阴影，让识别及判断更加简单明显，从而大大降低缺陷漏检及失误概率，且同时对多个缸孔进行检测，以及规范的定位采集能够大大提高检测效率。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2是本发明的侧面示意图。

图3是本发明的组件拆分示意图。

图4是本发明图3的A部局部组件的拆分示意图。

图5是本发明检测机构的结构示意图（底面视角）。

图6是本发明升降板、推板及检测机构的示意图（底面视角）。

图7是本发明检测机构的组件拆分示意图。

图8是本发明图7中的C部放大图。

图9是本发明图4的B部放大图。

附图中所示标号：

1、工作台；2、支撑架；3、托板；4、滚珠座；5、圆形通孔；6、安装台；7、升降气缸；8、安装架；9、挡板；10、升降导轨；11、升降丝杠；12、升降滑块；13、延长架；14、升降板；15、立架；16、横板；17、光杆导轨；18、推进丝杠；19、推板；20、封盖；21、挡圈；22、套管；23、凸键；24、探杆；25、滑槽；26、采集头；27、环形座；28、外齿圈；29、驱动齿轮；30、连接架；31、调节丝杠；32、调节丝母；33、调节滑块；34、条形滑孔；35、支座；36、灯座；37、弧形孔；38、紧固螺栓；39、灯头；40、转动底座。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

下述实施例中所涉及的仪器、试剂、材料等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规仪器、试剂、材料等，可通过正规商业途径获得。下述实施例中所涉及的实验方法，检测方法等，若无特别说明，均为现有技术中已有的常规实验方法，检测方法等。

实施例：一种发动机缸体铸件缸孔检测装置

本装置的主体结构包括工作台1， 所述工作台1为矩形台面，所述工作台1的四角位置设有向下的支撑架2，所述工作台1可以放置在车间内的检测台上，也可以单独落在地上，基于布局需要对支撑架2的高度进行调整。

所述工作台1的下方设有与其对应的托板3，所述托板3与工作台1平行，且相对工作台1能够升降的安装，所述托板3上矩阵安装有滚珠座4，所述滚珠座4内可滚动的安装有滚珠，所述滚珠的顶部球冠面暴露在托板3顶面的上方，所述工作台1上对应滚珠座4设有圆形通孔5，基于托板3的升起可以使滚珠贯穿圆形通孔5并使滚珠的顶部球冠面暴露在圆形通孔5上方，从而基于滚珠实现对工件的支撑，便于移动和调整工件位置及角度。

在对托板3的升降控制上，本示例采用气缸作为动力源，不局限于本示例，还可以采用油缸、电推杆或其他动力机构。

所述支撑架2的截面为L型，与工作台1的角端的两条侧边对应，能够在支撑的同时，对内部的组件（气缸件或者电推缸）进行保护和安装。所述支撑架2的中部设有安装台6，所述安装台6上安装有升降气缸7，所述升降气缸7连接车间气源作为动力，且所述升降气缸7的顶端设有与其配合升降的缸杆，所述缸杆的顶端与托板3的四角位置进行安装连接，实现对托板3托起及升降控制。

在托板3上，可以设置定位线框，例如通过涂刷、雕刻、凸起等可视化的方式对工件的位置进行框线示出，例如结合图1，可以对应工件所在位置，采用凸起的边框对工件的周侧区域进行示出，并相对工作台1上表面向上凸起为凸条结构进行表达，当采用托板3上的滚珠移动工件在此框线范围内后，落下托板3，即可对工件的位置进行约束，使其与检测组件对应。

如果配套允许，实现无人自动操作，也可以在工作台1的四条边侧分别设置限位机构。

所述限位机构包括固定在工作台1侧边的定位线框，动力源采用气缸，具体为在安装座上安装有限位气缸，所述限位气缸上配合有推杆，所述推杆的直线行程方向与工作台1的侧边垂直，所述推杆的内端设有橡胶块，用于抵靠在工件表面，对工件进行推动，通过在四个侧面分别推动工件，使得工件位于待检区域内。

所述工作台1靠近一侧的边缘处设有两个安装架8，两个所述安装架8垂直工作台1竖直向上延伸，且两个所述安装架8相对工作台1左右对称设置，用于对升降的控制组件进行安装。

所述工作台1靠近安装架8的边缘处设有挡板9，对组件进行保护。

所述安装架8上竖直的安装有升降导轨10和升降丝杠11，所述升降导轨10上滑动配合有升降滑块12，所述升降丝杠11上设有升降丝母，所述升降丝母固定在升降滑块12上，对升降滑块12的高度进行控制，所述升降滑块12上安装固定有延长架13，所述延长架13水平延伸，所述延长架13远离安装架8的一端设有升降板14，所述升降板14的左右两侧分别与同侧的延长架13固定。

所述升降板14与工作台1平行，所述升降板14上固定有与其垂直的立架15，所述立架15竖直向上延伸，所述立架15的顶端固定有横板16，所述横板16左右延伸且与工作台1平行，所述横板16与升降板14之间安装有光杆导轨17和推进丝杠18，所述推进丝杠18上配合有推进丝母，所述光杆导轨17上上下滑动配合有滑套，在横板16与升降板14之间还设有与二者平行的推板19，所述推板19的长度方向与横板16一致，所述推板19能够在横板16与升降板14之间上下升降移动，获得相对升降板14靠近或远离的效果，所述推进丝母和滑套均安装在推板19上，实现对推板19相对升降板14上下升降行程的控制。

基于上述结构，获得能够相对工作台1升降可控的升降板14，以及位于升降板14上方，并相对升降板14上下距离可控的推板19。

所述升降板14上并列的设有4组检测机构，每个所述检测机构分别用于对应同一个铸件上的缸孔，以常见且我厂现产的直列四缸发动机的缸体进行对应检测。所述检测机构包括圆形的封盖20，所述封盖20的大小与缸孔的内径相适应，用于将缸孔的开口挡住，获得更加黑暗的环境，从而提高图像的对比度。所述封盖20的边缘设有挡圈21，所述挡圈21贯穿并固定在升降板14上，所述挡圈21的外径与缸孔的内径相适应且二者间隙配合，挡圈21能够插入缸孔的孔口处，增加对孔口位置的封挡效果，进一步降低缸孔内的亮度。所述挡圈21的底侧设有坡口，方便与缸孔的插入。

所述封盖20的底面上居中的设有安装圆孔，所述安装圆孔与封盖20同圆心设置，所述安装圆孔内安装有轴承件，所述轴承件的内圈固定有套管22，所述套管22的外圈与轴承件的内圈固定，从而实现套管22的自由转动，所述套管22的长度方向与封盖20垂直设置，所述套管22的内壁上设有凸键23，所述凸键23的长度方向与套管22一致，所述套管22内滑动配合有探杆24，所述探杆24为圆形杆，所述探杆24的侧壁上设有沿其长度方向延伸的滑槽25，所述凸键23与滑槽25滑动配合，从而实现探杆24相对套管22的周向限位，使探杆24随同套管22同步转动。所述探杆24的底端设有采集头26，所述采集头26为工业相机或者摄像机，且所述采集头26安装在探杆24底端的周面上，采集方向为与封盖20的径向一致，从而对所在位置的缸孔内壁进行图像或影响采集。

所述封盖20的底面上还固定有环形座27，所述环形座27与封盖20同圆心，所述环形座27上通过轴承转动安装有外齿圈28，所述封盖20上可转动的安装有驱动齿轮29，所述驱动齿轮29与外齿圈28啮合，所述驱动齿轮29通过固定在封盖20上的电机驱动转动，从而对外齿圈28的转动实现控制，所述外齿圈28上固定有连接架30，所述管套贯穿连接架30且二者固定连接，通过外齿圈28实现对套管22转动的驱动和控制。

所述连接架30的长度方向与外齿圈28的径向对应，所述连接架30上可转动的安装有调节丝杠31，所述调节丝杠31的长度方向与探杆24的径线对应，且与采集头26的安装位置对应。

所述调节丝杠31上配合有调节丝母32，所述调节丝母32上固定有调节滑块33，所述连接架30上设有条形滑孔34，所述调节滑块33与条形滑孔34滑动配合，且滑动行程与封盖20的径向对应，所述调节丝杠31上还固定有支座35，所述支座35上铰接有灯座36，所述灯座36上设有弧形孔37，所述支座35上设有紧固螺栓38，所述紧固螺栓38贯穿弧形孔37从而使灯座36与支座35固定限位，而松开紧固螺栓38，则可以使灯座36摆动，从而调整适当的投射角度。所述灯座36上固定有灯头39，所述灯头39投射的光线为倾斜设置，向封盖20的周边倾斜，从而能够倾斜的投射在缸孔内壁上，获得与缸孔内壁呈锐角的投射光源。其投射光线路径与采集头26的取相路径共面，且呈锐角，从而使得光照的区域与采集图像的区域配合一致，通过倾斜照射在缸孔内壁上的光线对表面缺陷基于明暗的投影效果实现示出，并通过图像影像采集记录，以便判断。

当探杆24向下推进的时候，所述灯座36向封盖20的中心方向移动，从而使照射的区域始终与图像采集的区域对应配合。

所述推板19上等距的安装有转动底座40，所述转动底座40内基于转动轴承与探杆24的顶端可转动的安装。实现推板19对四个检测机构上探杆24的同步推动。

基于上述结构，实现的检测原理和效果是：

缸体的缸孔在上状态下（与人工检测的状态一样），通过升降板14落下封盖20及挡圈21对缸孔对应的孔口挡住，从而降低缸孔内的光线条件，使其为黑暗状态。在黑暗状态下，对基于光影变化体现的缺陷能够更加明显的阴暗反差，能够更加易于判断。

通过灯头39的倾斜光线照射，当表面具有气孔、伤痕、裂缝、磕碰、缺肉、异物等情况的时候，都表现在表面的凹陷或者凸起，而对于表面不平的情况，经过倾斜光线的照射，在不平的位置都会有明显的阴影体现，例如凹陷处有阴影，或凸起处投射在内壁上的投影，以及缝隙的阴影，从采集到的影像上看，当光照照射在光滑的周面内壁上时，会有高亮均匀的金属色光晕，而缺陷处的点状或线状黑影则会非常醒目，且边界清楚。很容易被查看图片或摄像的工人识别，或者可以通过设计识别软件对非连续且边界清晰的阴影进行识别和自动提醒。一旦将缺陷转化为单因素的黑白识别特征，则后续的判断就非常容易了。

通过驱动齿轮29对套管22的转动进行控制和限位，而套管22与探杆24的周向同步，灯头39与采集头26的作用区域一致，探杆24的初始位置为采集头26靠近封板的高点，灯头39的初始位置为靠近封板的边缘设置（调节滑块33位于条型孔的外端），启动作业的时候，设定探杆24在缸孔深度方向的不同位置进行停顿和采集，每停顿一个位置，对周向采集一圈，如果是摄像，则连续的转动一周即可，如果是采用照片的形式，则采集至少4次，从而通过采集头26和灯头39的同步转动90度，对一个位点上的周向进行4次采集，获得全面的缸孔内周面图像，基于缸孔深度，推荐设置2-3个停顿点位进行图像采集即可。

本装置执行的作业流程包括：

1）初始状态包括：升降板14位于其行程顶端，推板19靠近横板16设置使探杆24位于其行程顶端，灯头39位于连接架30的外端，托板3升起；

2）工人或机械臂将待测工件（发动机铸造缸体）的缸孔在上放在工作台1上；

3）对待测工件的缸孔与探杆24及封盖20进行上下对位后，托板3落下；

4）升降板14落下至挡圈21对接到缸孔的孔口位置；

5）启动采集头26及灯头39，采集头26调节为照相功能，每采集一次，采集头26及灯头39同步转动90度，采集4次，转动4次后采集头26回到第一次采集的位置；

6）启动探杆24向下探入缸孔至缸孔中部，同时灯头39向探杆24轴线方向移动到其行程一半，重复步骤5，对缸孔中部位置周向采集一周；

7）启动探杆24向下深入到缸孔底部，同时灯头39移动到靠近探杆24的一端，重复步骤5，对缸孔下部位置周向采集一周；

8）升起探杆24至其行程顶端，升起升降板14至完全与待测件远离，完成一组检测。

在以上检测获得的图像数据中，可基于人工或视觉识别对离散分布的点状或线状阴影进行识别，从而判断缺陷。

本设计主要是用来对缸孔这个环节进行基于摄像及人工/视觉识别的检出，在具体实践中，可以结合其他视觉识别设备对缸体的其他工作面进行合并检出，也可以单独用作独立环节的检查。根据车间工位及人员配置进行布局。

Claims (10)

1.一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，其特征在于，包括工作台，所述工作台的上方设有具有直线升降行程的升降板，所述升降板上等距的设有多个检测机构，所述检测机构包括圆形的封板，所述封板上居中的贯穿有与其转动连接的套管，所述套管内贯穿有与其上下滑动配合的探杆，所述探杆与套管周向止动，所述探杆的底端的周面上安装有采集头，所述采集头基于图像或影像为采集目标，所述采集头的采集方向为与探杆的径向一致，所述套管上固定有连接架，所述连接架上设有灯座，所述灯座上安装有灯头，所述灯座具有与探杆径向对应的直线行程，且当探杆向下行进的时候，所述灯座行程为向探杆轴线方向移动，所述灯头倾斜向外照射，且灯头的照射区域与采集头的采集区域对应。

2.根据权利要求1所述一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，其特征在于，所述灯头投射的光线为向封盖的周边倾斜，且所述灯头的投射光线路径与采集头的取相路径共面。

3.根据权利要求1所述一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，其特征在于，所述封盖的边缘设有挡圈，所述挡圈贯穿并固定在升降板上，所述挡圈的外径与缸孔的内径相适应且二者间隙配合，所述挡圈的底侧设有坡口。

4.根据权利要求1所述一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，其特征在于，所述检测机构为4组且与待测缸体的缸孔相对应。

5.根据权利要求1所述一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，其特征在于，所述套管的长度方向与封盖垂直设置，所述套管的内壁上设有凸键，所述凸键的长度方向与套管一致，所述探杆为截面与套管相适应的圆形杆，所述探杆的侧壁上设有沿其长度方向延伸的滑槽，所述凸键与滑槽滑动配合。

6.根据权利要求1所述一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，其特征在于，所述封盖的底面上还固定有环形座，所述环形座与封盖同圆心，所述环形座上转动安装有外齿圈，所述封盖上可转动的安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮与外齿圈啮合，所述驱动齿轮通过电机驱动转动，所述连接架的外端固定在外齿圈上。

7.根据权利要求6所述一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，其特征在于，所述连接架的长度方向与外齿圈的径向对应，所述连接架上可转动的安装有调节丝杠，所述调节丝杠的长度方向与探杆的径线对应，且与采集头的安装位置对应，所述调节丝杠上配合有调节丝母，所述调节丝母上固定有调节滑块，所述连接架上设有条形滑孔，所述调节滑块与条形滑孔滑动配合，且滑动行程与封盖的径向对应，所述调节丝杠上还固定有支座，所述灯座安装在支座上。

8.根据权利要求7所述一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，其特征在于，所述灯座与支座铰接安装，所述灯座上设有弧形孔，所述支座上设有紧固螺栓，所述紧固螺栓贯穿弧形孔从而使灯座与支座固定限位。

9.根据权利要求1所述一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，其特征在于，所述工作台的下方设有与其上下冲齐的托板，所述托板与工作台平行设置，所述托板上矩阵安装有滚珠座，所述滚珠座内可滚动的安装有滚珠，所述工作台上对应滚珠座设有圆形通孔，所述托板相对工作台可升降的安装，所述托板位于其行程顶端的时候，所述滚珠的顶部球冠面暴露在工作台表面的上方。

10.根据权利要求1所述一种发动机缸体铸件缸孔检测装置，其特征在于，所述工作台上左右对称的设有两个安装架，所述安装架上竖直的安装有升降导轨和升降丝杠，所述升降导轨上滑动配合有升降滑块，所述升降丝杠上设有升降丝母，所述升降丝母固定在升降滑块上，所述升降滑块上安装固定有延长架，所述延长架远离安装架的一端固定在升降板上；

所述升降板上固定有与其垂直的立架，所述立架竖直向上延伸，所述立架的顶端固定有横板，所述横板与升降板之间安装有光杆导轨和推进丝杠，所述推进丝杠上配合有推进丝母，所述光杆导轨上上下滑动配合有滑套，在横板与升降板之间还设有与二者平行的推板，所述推进丝母和滑套均安装在推板上，所述推板上等距的安装有转动底座，所述转动底座内基于转动轴承与探杆的顶端可转动的安装。

Images