CN116046074B - 一种多性能的轴承集成化检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多性能的轴承集成化检测装置及方法，包括尺寸检测装置、瑕疵检测装置，以及检测工位，所述尺寸检测装置用于检测轴承工件的轮廓尺寸以实现判定轴承工件的尺寸合格性，所述瑕疵检测装置用于检测轴承工件的外观瑕疵，以实现判定轴承工件的外观合格性，所述检测工位用于固定待检测的轴承工件供所述尺寸检测装置、瑕疵检测装置进行轮廓尺寸和外观瑕疵的集成化检测。本发明通过设置尺寸检测装置、瑕疵检测装置对轴承工件分别进行轮廓尺寸和外观瑕疵的检测，实现对轴承工件的多性能检测，检测范围广，同时利用机器视觉进行外观瑕疵的检测，提高监测精度和检测效率。

Description

一种多性能的轴承集成化检测装置及方法

技术领域

本发明涉及轴承检测技术领域，具体涉及一种多性能的轴承集成化检测装置及方法。

背景技术

轴承作为一种重要的支撑机械旋转体的部件，在机械设备中被广泛的应用。轴承机是一种轴承组装、加工的设备，轴承机在使用过程中，若轴承的滚珠组装异常，将会导致后续工位无法进行，轴承机容易异常停机频繁。因此，轴承机使用过程中，滚珠的组装正常显得尤为重要。

轴承机使用过程中，通常需要工作人员专门进行滚珠是否组装正常的检测操作，以确保后续工位能正常运行。传统的轴承外观检测方式会浪费大量的人力资源，并且人工检测的出错率较高。因此，传统的轴承外观检测方式具有检测可靠性低的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多性能的轴承集成化检测装置及方法，以解决现有技术中轴承外观检测方式会浪费大量的人力资源，并且人工检测的出错率较高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种多性能的轴承集成化检测装置，包括尺寸检测装置、瑕疵检测装置，以及检测工位，所述尺寸检测装置用于检测轴承工件的轮廓尺寸以实现判定轴承工件的尺寸合格性，所述瑕疵检测装置用于检测轴承工件的外观瑕疵，以实现判定轴承工件的外观合格性，所述检测工位用于固定待检测的轴承工件供所述尺寸检测装置、瑕疵检测装置进行轮廓尺寸和外观瑕疵的集成化检测，其中，

所述检测工位包括两个分别位于轴承工件两端面处的夹持结构，所述夹持结构与轴承工件内环表面相抵用于固定轴承工件；

所述尺寸检测装置设置在所述夹持结构的旁侧位置处用于测量轴承工件的内环圆周尺寸和外环圆周尺寸；

所述瑕疵检测装置设置在两个所述夹持结构的中部位置处用于拍摄轴承工件的内环外观图像和外环外观图像，并通过内环外观图像和外环外观图像识别出内环外观瑕疵和外环外观瑕疵。

作为本发明的一种优选方案，所述尺寸检测装置包括径向伸缩式内环定位轴、内环激光测距仪、径向伸缩式外环定位轴、外环激光测距仪以及尺寸检测驱动装置，其中，

所述内环定位轴与所述尺寸检测驱动装置相连接，所述内环定位轴的两端部分别在所述尺寸检测驱动装置的驱动力作用下沿轴承工件内环圆周的直径轴向伸长至与所述轴承工件的内环表面相抵，以使得内环定位轴的长度尺寸与轴承工件的内环圆周直径尺寸相同，所述内环激光测距仪包括分别位于内环定位轴两端部的内环激光发射仪和内环激光接收仪，所述内环激光发射仪向内环激光接收仪发射测距激光检测出内环定位轴的长度作为内环圆周尺寸；

所述外环定位轴与所述尺寸检测驱动装置相连接，所述外环定位轴的两端部分别在所述尺寸检测驱动装置的驱动力作用下沿轴承工件外环圆周的直径轴向收缩至与所述轴承工件的外环表面相抵，以使得外环定位轴的长度尺寸与轴承工件的外环圆周直径尺寸相同，所述外环激光测距仪包括分别位于外环定位轴两端部的外环激光发射仪和外环激光接收仪，所述外环激光发射仪向外环激光接收仪发射测距激光检测出外环定位轴的长度作为外环圆周尺寸。

作为本发明的一种优选方案，所述瑕疵检测装置包括设置在所述轴承工件的内环内周侧的内环限位轴、内环高速相机、设置在所述轴承工件的外环外周侧处的外环限位轴、外环高速相机以及瑕疵检测驱动装置，所述内环高速相机与所述内环限位轴相连接且所述内环高速相机的拍摄方向朝向内环内周表面，所述内环限位轴与所述瑕疵检测驱动装置的旋转驱动轴相连接，所述内环高速相机在所述瑕疵检测驱动装置的驱动力作用下随内环限位轴沿所述轴承工件内环进行圆周运动以实现对轴承工件的内环外观进行圆周式扫描拍摄得到内环外观图像；

所述外环高速相机与所述外环限位轴相连接且所述外环高速相机的拍摄方向朝向外环外周表面，所述外环限位轴与所述瑕疵检测驱动装置的旋转驱动轴相连接，所述外环高速相机在所述瑕疵检测驱动装置的驱动力作用下随外环限位轴沿所述轴承工件外环进行圆周运动以实现对轴承工件的外环外观进行圆周式扫描拍摄得到外环外观图像；

其中，所述内环限位轴和外环限位轴之间的间距大于所述轴承工件内环表面和外环表面的间距。

作为本发明的一种优选方案，还包括数据处理装置，所述数据处理装置基于内环圆周尺寸和外环圆周尺寸判定轴承工件的尺寸合格性，以及通过内环外观图像和外环外观图像识别出内环外观瑕疵和外环外观瑕疵判定轴承工件的外观合格性。

作为本发明的一种优选方案，本发明提供了一种根据所述的多性能的轴承集成化检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤S1、利用所述尺寸检测装置测量轴承工件的内环圆周尺寸和外环圆周尺寸并传输至数据处理装置，数据处理装置将内环圆周尺寸、外环圆周尺寸分别与内环圆周标准尺寸、外环圆周标准尺寸进行一致性比较，判定出轴承工件的尺寸合格性；

步骤S2、利用所述瑕疵检测装置拍摄轴承工件的内环外观图像和外环外观图像并传输至数据处理装置，数据处理装置通过内环外观图像和外环外观图像对内环外观瑕疵和外环外观瑕疵进行识别，判定出轴承工件的外观合格性。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤S1中，所述轴承工件的尺寸合格性的判定方法包括：

若内环圆周尺寸与内环圆周标准尺寸一致，且外环圆周尺寸与外环圆周标准尺寸一致，则所述轴承工件的尺寸合格；

若内环圆周尺寸与内环圆周标准尺寸不一致，或外环圆周尺寸与外环圆周标准尺寸不一致，则所述轴承工件的尺寸不合格。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤S2中，所述内环外观瑕疵/外环外观瑕疵的识别方法包括：

将所述内环外观图像/外环外观图像进行区域分割得到N个内环/外环区域图像；

所述N个内环/外环区域图像依次选取一个内环/外环区域图像分别与剩余N-1个内环/外环区域图像/>进行图像像素比对得到内环/外环区域图像/>与剩余N-1个内环/外环区域图像/>的图像相似度，所述图像相似度的计算公式为：

，

式中，表征为内环/外环区域图像/>和/>的图像相似度，m为内环/外环区域图像/>//>的像素点总数目，N为内环/外环区域图像的总数目，k，i，j为计量常数，无实质含义，/>，/>分别表征为内环/外环区域图像/>和/>的第j个像素点的像素值，/> 是/>和/>的联合概率分布函数，而/>和/>分别是/>和/>的边缘概率分布函数；

设定相似度阈值I，分别计算内环/外环区域图像的瑕疵度，所述瑕疵度为内环/外环区域图像/>包含外观瑕疵的可能性程度，所述瑕疵度的计算公式为：

；

式中，表征为内环/外环区域图像/>的瑕疵度，f为自定义函数，若/>，，若/>；

设定瑕疵度阈值P，其中，

若，则内环/外环区域图像/>为包含外观瑕疵的瑕疵区域；

若，则内环/外环区域图像/>为非包含外观瑕疵的正常区域。

作为本发明的一种优选方案，所述内环外观瑕疵/外环外观瑕疵的识别方法还包括：

若N个内环/外环区域图像存在瑕疵区域，则判定内环外观瑕疵/外环外观瑕疵存在，所述轴承工件的外观不合格；

若N个内环/外环区域图像不存在瑕疵区域，则判定内环外观瑕疵/外环外观瑕疵不存在，所述轴承工件的外观合格。

作为本发明的一种优选方案，所述内环外观图像/外环外观图像的区域分割数量N的确定方法包括：

基于N个所述内环/外环区域图像的图像相似度计算量设置复杂度表征函数，基于已知外观瑕疵的区域像素点数量设置精度表征函数，其中，所述复杂度表征函数的计算公式为：

；

所述精度表征函数的计算公式为：

；

式中，表征为复杂度表征函数，/>表征为精度表征函数，g表征为图像相似度中单个像素点的计算复杂度，M表征为内环外观图像/外环外观图像包含的像素点总数目，D表征为外观瑕疵的区域像素点数量，/>，/>表征为每个内环/外环区域图像的像素点总数目，A为常数系数，无实质含义；

将所述复杂度表征函数和精度表征函数进行最小化求解得到N值，所述最小化求解公式为：

；

式中，min为最小化函数体。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明通过设置尺寸检测装置、瑕疵检测装置对轴承工件分别进行轮廓尺寸和外观瑕疵的检测，实现对轴承工件的多性能检测，检测范围广，同时利用机器视觉进行外观瑕疵的检测，提高监测精度和检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例提供码的轴承集成化检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供码的尺寸检测装置侧视结构示意图；

图3为本发明实施例提供码的检测方法流程图。

图中的标号分别表示如下：

1-尺寸检测装置；2-瑕疵检测装置；3-检测工位；4-数据处理装置；5-轴承工件；

101-内环定位轴；102-内环激光测距仪；103-外环定位轴；104-外环激光测距仪；105-尺寸检测驱动装置；

1021-内环激光发射仪；1022-内环激光接收仪；

1041-外环激光发射仪；1042-外环激光接收仪；

201-内环限位轴；202-内环高速相机；203-外环限位轴；204-外环高速相机；205-瑕疵检测驱动装置。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和2所示，轴承工件的检测通常包括轴承工件的轮廓尺寸检测和外观瑕疵检测，其中，轮廓尺寸检测是检测轴承工件的轮廓尺寸与标准尺寸是否一致，从而判定轴承工件的轮廓尺寸是否合格，而瑕疵检测是指检测出轴承工件的外观表面是否存在裂缝、凹凸痕、杂质等瑕疵，从而判定轴承工件的外观是否合格，传统检测是将轮廓尺寸和外观瑕疵分别进行独立检测，因此检测效率低且需要对轴承工件在尺寸检测和外观瑕疵检测装置之间进行转换，容易导致轴承工件在搬运转换过程中造成物理碰撞损伤变成残次品，因此，本发明提供了一种多性能的轴承集成化检测装置，将轮廓尺寸和外观瑕疵检测的集成为一个检测装置上进行，避免搬运碰撞，以及搬运过程中导致的时间浪费，提高检测效率。

一种多性能的轴承集成化检测装置，包括尺寸检测装置1、瑕疵检测装置2，以及检测工位3，尺寸检测装置1用于检测轴承工件的轮廓尺寸以实现判定轴承工件的尺寸合格性，瑕疵检测装置2用于检测轴承工件的外观瑕疵，以实现判定轴承工件的外观合格性，检测工位3用于固定待检测的轴承工件供尺寸检测装置1、瑕疵检测装置2进行轮廓尺寸和外观瑕疵的集成化检测，其中，

检测工位3包括两个分别位于轴承工件两端面处的夹持结构，夹持结构与轴承工件内环表面相抵用于固定轴承工件；

尺寸检测装置1设置在夹持结构的旁侧位置处用于测量轴承工件的内环圆周尺寸和外环圆周尺寸；

瑕疵检测装置2设置在两个夹持结构的中部位置处用于拍摄轴承工件的内环外观图像和外环外观图像，并通过内环外观图像和外环外观图像识别出内环外观瑕疵和外环外观瑕疵。

将轴承工件固定在检测工位3上，避免在检测过程中轴承工件出现移动导致检测误差的产生，而且固定在检测工位3上依次控制尺寸检测装置1对轴承工件进行轮廓尺寸检测和外观瑕疵检测，将轴承工件变为固定，检测装置变为移动，避免了轴承工件的在检测装置流转，保障轴承工件的稳定性和安全性。

尺寸检测装置1包括径向伸缩式内环定位轴101、内环激光测距仪102、径向伸缩式外环定位轴103、外环激光测距仪104以及尺寸检测驱动装置105，其中，

内环定位轴101与尺寸检测驱动装置105相连接，内环定位轴101的两端部分别在尺寸检测驱动装置105的驱动力作用下沿轴承工件内环圆周的直径轴向伸长至与轴承工件的内环表面相抵，以使得内环定位轴101的长度尺寸与轴承工件的内环圆周直径尺寸相同，内环激光测距仪102包括分别位于内环定位轴101两端部的内环激光发射仪1021和内环激光接收仪1022，内环激光发射仪1021向内环激光接收仪1022发射测距激光检测出内环定位轴101的长度作为内环圆周尺寸；

外环定位轴103与尺寸检测驱动装置105相连接，外环定位轴103的两端部分别在尺寸检测驱动装置105的驱动力作用下沿轴承工件外环圆周的直径轴向收缩至与轴承工件的外环表面相抵，以使得外环定位轴103的长度尺寸与轴承工件的外环圆周直径尺寸相同，外环激光测距仪104包括分别位于外环定位轴103两端部的外环激光发射仪1041和外环激光接收仪1042，外环激光发射仪1041向外环激光接收仪1042发射测距激光检测出外环定位轴103的长度作为外环圆周尺寸。

尺寸检测驱动装置105为气缸或其他具有相同功能的部件，尺寸检测驱动装置105可驱动内环定位轴101的两端部径向移动，从而使两端部与内环表面相抵且内环定位轴101位于内环圆周的截面直径处，即内环定位轴101与内环圆周的截面直径长度相同，内环圆周的截面直径是内环圆周尺寸的衡量指标即可通过内环圆周的截面直径求得轴承的内环圈口，判断内环圈口是否符合合格标准，因此只需将内环定位轴101的长度测得即可，通过将内环激光发射仪1021和内环激光接收仪1022设置在内环定位轴101的两端部，内环激光发射仪1021向内环激光接收仪1022发射测距激光，通过内环接收仪接收测距激光与内环发射仪发射测距激光的时差乘以测距激光的速度得到内环定位轴101的长度。

同理，尺寸检测驱动装置105可驱动外环定位轴103的两端部径向移动，从而使两端部与外环表面相抵且外环定位轴103位于外环圆周的截面直径处，即外环定位轴103与外环圆周的截面直径长度相同，外环圆周的截面直径是外环圆周尺寸的衡量指标即可通过外环圆周的截面直径求得轴承的外环圈口，判断外环圈口是否符合合格标准，因此只需将外环定位轴103的长度测得即可，通过将外环激光发射仪1041和外环激光接收仪1042设置在外环定位轴103的两端部，外环激光发射仪1041向外环激光接收仪1042发射测距激光，通过外环接收仪接收测距激光与外环发射仪发射测距激光的时差乘以测距激光的速度得到外环定位轴103的长度。

瑕疵检测装置2包括设置在轴承工件的内环内周侧的内环限位轴201、内环高速相机202、设置在轴承工件的外环外周侧处的外环限位轴203、外环高速相机204以及瑕疵检测驱动装置205，内环高速相机202与内环限位轴201相连接且内环高速相机202的拍摄方向朝向内环内周表面，内环限位轴201与瑕疵检测驱动装置205的旋转驱动轴相连接，内环高速相机202在瑕疵检测驱动装置205的驱动力作用下随内环限位轴201沿轴承工件内环进行圆周运动以实现对轴承工件的内环外观进行圆周式扫描拍摄得到内环外观图像；

外环高速相机204与外环限位轴203相连接且外环高速相机204的拍摄方向朝向外环外周表面，外环限位轴203与瑕疵检测驱动装置205的旋转驱动轴相连接，外环高速相机204在瑕疵检测驱动装置205的驱动力作用下随外环限位轴203沿轴承工件外环进行圆周运动以实现对轴承工件的外环外观进行圆周式扫描拍摄得到外环外观图像；

其中，内环限位轴201和外环限位轴203之间的间距大于轴承工件内环表面和外环表面的间距。

瑕疵检测驱动装置205为旋转电机或其他具有相同功能的部件，瑕疵检测驱动装置205通过旋转驱动轴向内环限位轴201/外环限位轴203施加旋转驱动力，而内环高速相机202/外环高速相机204与内环限位轴201/外环限位轴203相连接为一体联动结构，因此内环高速相机202/外环高速相机204随内环限位轴201/外环限位轴203在旋转驱动力的驱动作用下沿轴承工件内环和外环进行圆周运动，在圆周运动过程中内环高速相机202/外环高速相机204能够获得轴承工件内环表面和外环表面的外观图像，由于轴承工件的外观瑕疵部分产生的图像与正常部分产生的图像像素具有差异性，因此可通过对内环表面和外环表面的外观图像进行表征瑕疵部分的图像像素识别，通过内环表面和外环表面的外观图像中是否存在表征瑕疵部分的图像像素，判定出内环表面和外环表面的外观瑕疵是否存在，进而判断内环表面和外环表面的外观合格性。

还包括数据处理装置4，数据处理装置4基于内环圆周尺寸和外环圆周尺寸判定轴承工件的尺寸合格性，以及通过内环外观图像和外环外观图像识别出内环外观瑕疵和外环外观瑕疵判定轴承工件的外观合格性。

如图3所示，基于上述多性能的轴承集成化检测装置，本发明提供了一种检测方法，包括以下步骤：

步骤S1、利用尺寸检测装置测量轴承工件的内环圆周尺寸和外环圆周尺寸并传输至数据处理装置，数据处理装置将内环圆周尺寸、外环圆周尺寸分别与内环圆周标准尺寸、外环圆周标准尺寸进行一致性比较，判定出轴承工件的尺寸合格性；

步骤S1中，轴承工件的尺寸合格性的判定方法包括：

若内环圆周尺寸与内环圆周标准尺寸一致，且外环圆周尺寸与外环圆周标准尺寸一致，则轴承工件的尺寸合格；

若内环圆周尺寸与内环圆周标准尺寸不一致，或外环圆周尺寸与外环圆周标准尺寸不一致，则轴承工件的尺寸不合格。

步骤S2、利用瑕疵检测装置拍摄轴承工件的内环外观图像和外环外观图像并传输至数据处理装置，数据处理装置通过内环外观图像和外环外观图像对内环外观瑕疵和外环外观瑕疵进行识别，判定出轴承工件的外观合格性。

轴承工件的内环表面/外环表面每个部位原则上应该具有一致的物理形态，即进行光学投影后得到内环/外环外观图像中每个区域也应该具有一致的图像像素，实际上内环表面/外环表面中存在瑕疵区域，因此内环/外环外观图像中每个区域的图像像素难以保持完全一致，但是瑕疵区域出现属于小概率事件，正常区域属于大概率事件，则内环/外环外观图像中多数区域的图像像素一致，而与多数区域的图像像素不一致的区域图像像素对应的原则上属于瑕疵区域，因此只需要通过将内环/外环外观图像中所有区域进行图像比对，将与多数区域的图像像素不一致的区域图像像素筛选出，即可实现对瑕疵区域的筛检，能迅速判定出瑕疵区域，适合在线质检的快速需求，具体方法如下：

步骤S2中，内环外观瑕疵/外环外观瑕疵的识别方法包括：

将内环外观图像/外环外观图像进行区域分割得到N个内环/外环区域图像；

N个内环/外环区域图像依次选取一个内环/外环区域图像分别与剩余N-1个内环/外环区域图像/>进行图像像素比对得到内环/外环区域图像/>与剩余N-1个内环/外环区域图像的图像相似度，图像相似度的计算公式为：/> ，

式中，表征为内环/外环区域图像/>和/>的图像相似度，m为内环/外环区域图像/>//>的像素点总数目，N为内环/外环区域图像的总数目，k，i，j为计量常数，无实质含义，/>，/>分别表征为内环/外环区域图像/>和/>的第j个像素点的像素值，/> 是/>和/>的联合概率分布函数，而/>和/>分别是/>和/>的边缘概率分布函数；

设定相似度阈值I，分别计算内环/外环区域图像的瑕疵度，瑕疵度为内环/外环区域图像/>包含外观瑕疵的可能性程度，瑕疵度的计算公式为：/> ；

式中，表征为内环/外环区域图像/>的瑕疵度，f为自定义函数，若/>，，若/>；

设定瑕疵度阈值P，其中，

若，则内环/外环区域图像/>为包含外观瑕疵的瑕疵区域；

若，则内环/外环区域图像/>为非包含外观瑕疵的正常区域。

内环外观瑕疵/外环外观瑕疵的识别方法还包括：

若N个内环/外环区域图像存在瑕疵区域，则判定内环外观瑕疵/外环外观瑕疵存在，轴承工件的外观不合格；

若N个内环/外环区域图像不存在瑕疵区域，则判定内环外观瑕疵/外环外观瑕疵不存在，轴承工件的外观合格。

内环外观图像/外环外观图像的区域分割数量N会直接影响瑕疵识别方法的计算复杂度和精度，因此本实施例提出了一种区域分割数量N的确定方法，具体如下：

内环外观图像/外环外观图像的区域分割数量N的确定方法包括：

基于N个内环/外环区域图像的图像相似度计算量设置复杂度表征函数，基于已知外观瑕疵的区域像素点数量设置精度表征函数，其中，复杂度表征函数的计算公式为：

；将计算复杂度变成以像素点的计算复杂度进行量化，内环外观图像/外环外观图像的分割得到的内环/外环区域图像数量为N，而每个内环/外环区域图像包含的像素点为/>，则每个内环/外环区域图像的图像相似度计算复杂度 />，则所有内环/外环区域图像的图像相似度计算复杂度/> ，因此复杂度与N有关，选取合适的N可使得复杂度变小，复杂度越小，效率越高。

精度表征函数的计算公式为：

；每个内环/外环区域图像中包含的像素点数量与外观瑕疵的区域像素点数量差距越小，则表明每个内环/外环区域图像可直接表征为外观瑕疵的区域图像，即识别精度越高，每个内环/外环区域图像中包含的像素点数量与外观瑕疵的区域像素点数量差距越大，则表明每个内环/外环区域图像不可直接表征为外观瑕疵的区域图像，即识别精度越低，因此可将精度表征函数设置为/>，与上述规律相符合。

式中，表征为复杂度表征函数，/>表征为精度表征函数，g表征为图像相似度中单个像素点的计算复杂度，M表征为内环外观图像/外环外观图像包含的像素点总数目，D表征为外观瑕疵的区域像素点数量，/>，/>表征为每个内环/外环区域图像的像素点总数目，A为常数系数，无实质含义；

对复杂度表征函数和精度表征函数进行最小化求解，可得到合适的N值，使得复杂度低的同时，保持精度高的优点，从而可以对内环外观图像/外环外观图像的瑕疵识别效率和精度进行共同优化，保证内环外观图像/外环外观图像的瑕疵识别效率和精度均高的优势。

将复杂度表征函数和精度表征函数进行最小化求解得到N值，最小化求解公式为：

；

式中，min为最小化函数体。

本发明通过设置尺寸检测装置、瑕疵检测装置对轴承工件分别进行轮廓尺寸和外观瑕疵的检测，实现对轴承工件的多性能检测，检测范围广，同时利用机器视觉进行外观瑕疵的检测，提高监测精度和检测效率。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.一种多性能的轴承集成化检测装置，其特征在于，包括尺寸检测装置（1）、瑕疵检测装置（2），以及检测工位（3），所述尺寸检测装置（1）用于检测轴承工件的轮廓尺寸以实现判定轴承工件的尺寸合格性，所述瑕疵检测装置（2）用于检测轴承工件的外观瑕疵，以实现判定轴承工件的外观合格性，所述检测工位（3）用于固定待检测的轴承工件供所述尺寸检测装置（1）、瑕疵检测装置（2）进行轮廓尺寸和外观瑕疵的集成化检测，其中，

所述检测工位（3）包括两个分别位于轴承工件两端面处的夹持结构，所述夹持结构与轴承工件内环表面相抵用于固定轴承工件；

所述尺寸检测装置（1）设置在所述夹持结构的旁侧位置处用于测量轴承工件的内环圆周尺寸和外环圆周尺寸；

所述瑕疵检测装置（2）设置在两个所述夹持结构的中部位置处用于拍摄轴承工件的内环外观图像和外环外观图像，并通过内环外观图像和外环外观图像识别出内环外观瑕疵和外环外观瑕疵；

内环外观瑕疵/外环外观瑕疵的识别包括：

将所述内环外观图像/外环外观图像进行区域分割得到N个内环/外环区域图像；

所述N个内环/外环区域图像依次选取一个内环/外环区域图像分别与剩余N-1个内环/外环区域图像/>进行图像像素比对得到内环/外环区域图像 /> 与剩余N-1个内环/外环区域图像/>的图像相似度，所述图像相似度的计算公式为：

式中，/> 表征为内环/外环区域图像/>和/>的图像相似度，m为内环/外环区域图像/>的像素点总数目，N为内环/外环区域图像的总数目，k，i，j为计量常数，无实质含义，/>，/>分别表征为内环/外环区域图像/>和/>的第j个像素点的像素值，/> 是/>和/>的联合概率分布函数，而 />和/> 分别是和/>的边缘概率分布函数；

设定相似度阈值，分别计算内环/外环区域图像/>的瑕疵度，所述瑕疵度为内环/外环区域图像/>包含外观瑕疵的可能性程度，所述瑕疵度的计算公式为：/>；

式中，表征为内环/外环区域图像/>的瑕疵度，/>为自定义函数，若/>，，若/>，/>；

设定瑕疵度阈值P，其中，

若，则内环/外环区域图像/>为包含外观瑕疵的瑕疵区域；

若，则内环/外环区域图像/>为非包含外观瑕疵的正常区域；

内环外观图像/外环外观图像的区域分割数量N的确定包括：

基于N个所述内环/外环区域图像的图像相似度计算量设置复杂度表征函数，基于已知外观瑕疵的区域像素点数量设置精度表征函数，其中，所述复杂度表征函数的计算公式为：

；

所述精度表征函数的计算公式为：

；

式中，表征为复杂度表征函数，/> 表征为精度表征函数，/>表征为图像相似度中单个像素点的计算复杂度，M表征为内环外观图像/外环外观图像包含的像素点总数目，D表征为外观瑕疵的区域像素点数量，/>，/>表征为每个内环/外环区域图像的像素点总数目，A为常数系数，无实质含义；

将所述复杂度表征函数和精度表征函数进行最小化求解得到N值，最小化求解公式为：

；

式中，min为最小化函数体。

2.根据权利要求1所述的一种多性能的轴承集成化检测装置，其特征在于：所述尺寸检测装置（1）包括径向伸缩式内环定位轴（101）、内环激光测距仪（102）、径向伸缩式外环定位轴（103）、外环激光测距仪（104）以及尺寸检测驱动装置（105），其中，

所述内环定位轴（101）与所述尺寸检测驱动装置（105）相连接，所述内环定位轴（101）的两端部分别在所述尺寸检测驱动装置（105）的驱动力作用下沿轴承工件内环圆周的直径轴向伸长至与所述轴承工件的内环表面相抵，以使得内环定位轴（101）的长度尺寸与轴承工件的内环圆周直径尺寸相同，所述内环激光测距仪（102）包括分别位于内环定位轴（101）两端部的内环激光发射仪（1021）和内环激光接收仪（1022），所述内环激光发射仪（1021）向内环激光接收仪（1022）发射测距激光检测出内环定位轴（101）的长度作为内环圆周尺寸；

所述外环定位轴（103）与所述尺寸检测驱动装置（105）相连接，所述外环定位轴（103）的两端部分别在所述尺寸检测驱动装置（105）的驱动力作用下沿轴承工件外环圆周的直径轴向收缩至与所述轴承工件的外环表面相抵，以使得外环定位轴（103）的长度尺寸与轴承工件的外环圆周直径尺寸相同，所述外环激光测距仪（104）包括分别位于外环定位轴（103）两端部的外环激光发射仪（1041）和外环激光接收仪（1042），所述外环激光发射仪（1041）向外环激光接收仪（1042）发射测距激光检测出外环定位轴（103）的长度作为外环圆周尺寸。

3.根据权利要求2所述的一种多性能的轴承集成化检测装置，其特征在于：所述瑕疵检测装置（2）包括设置在所述轴承工件的内环内周侧的内环限位轴（201）、内环高速相机（202）、设置在所述轴承工件的外环外周侧处的外环限位轴（203）、外环高速相机（204）以及瑕疵检测驱动装置（205），所述内环高速相机（202）与所述内环限位轴（201）相连接且所述内环高速相机（202）的拍摄方向朝向内环内周表面，所述内环限位轴（201）与所述瑕疵检测驱动装置（205）的旋转驱动轴相连接，所述内环高速相机（202）在所述瑕疵检测驱动装置（205）的驱动力作用下随内环限位轴（201）沿所述轴承工件内环进行圆周运动以实现对轴承工件的内环外观进行圆周式扫描拍摄得到内环外观图像；

所述外环高速相机（204）与所述外环限位轴（203）相连接且所述外环高速相机（204）的拍摄方向朝向外环外周表面，所述外环限位轴（203）与所述瑕疵检测驱动装置（205）的旋转驱动轴相连接，所述外环高速相机（204）在所述瑕疵检测驱动装置（205）的驱动力作用下随外环限位轴（203）沿所述轴承工件外环进行圆周运动以实现对轴承工件的外环外观进行圆周式扫描拍摄得到外环外观图像；

其中，所述内环限位轴（201）和外环限位轴（203）之间的间距大于所述轴承工件内环表面和外环表面的间距。

4.根据权利要求3所述的一种多性能的轴承集成化检测装置，其特征在于：还包括数据处理装置（4），所述数据处理装置（4）基于内环圆周尺寸和外环圆周尺寸判定轴承工件的尺寸合格性，以及通过内环外观图像和外环外观图像识别出内环外观瑕疵和外环外观瑕疵判定轴承工件的外观合格性。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的多性能的轴承集成化检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、利用所述尺寸检测装置测量轴承工件的内环圆周尺寸和外环圆周尺寸并传输至数据处理装置，数据处理装置将内环圆周尺寸、外环圆周尺寸分别与内环圆周标准尺寸、外环圆周标准尺寸进行一致性比较，判定出轴承工件的尺寸合格性；

步骤S2、利用所述瑕疵检测装置拍摄轴承工件的内环外观图像和外环外观图像并传输至数据处理装置，数据处理装置通过内环外观图像和外环外观图像对内环外观瑕疵和外环外观瑕疵进行识别，判定出轴承工件的外观合格性；

所述步骤S2中，所述内环外观瑕疵/外环外观瑕疵的识别方法包括：

将所述内环外观图像/外环外观图像进行区域分割得到N个内环/外环区域图像；

所述N个内环/外环区域图像依次选取一个内环/外环区域图像分别与剩余N-1个内环/外环区域图像/>进行图像像素比对得到内环/外环区域图像/>与剩余N-1个内环/外环区域图像/>的图像相似度，所述图像相似度的计算公式为：

，

式中，表征为内环/外环区域图像/>和/>的图像相似度，m为内环/外环区域图像的像素点总数目，N为内环/外环区域图像的总数目，k，i，j为计量常数，无实质含义，，/>分别表征为内环/外环区域图像/>和/>的第j个像素点的像素值，/>是/>和/>的联合概率分布函数，而/>和/>分别是/>和/>的边缘概率分布函数；

设定相似度阈值，分别计算内环/外环区域图像/>的瑕疵度，所述瑕疵度为内环/外环区域图像/>包含外观瑕疵的可能性程度，所述瑕疵度的计算公式为：

；

式中，表征为内环/外环区域图像/>的瑕疵度，/>为自定义函数，若/>，，若/>，/>；

设定瑕疵度阈值P，其中，

若，则内环/外环区域图像/>为包含外观瑕疵的瑕疵区域；

若，则内环/外环区域图像/>为非包含外观瑕疵的正常区域；

所述内环外观图像/外环外观图像的区域分割数量N的确定方法包括：

基于N个所述内环/外环区域图像的图像相似度计算量设置复杂度表征函数，基于已知外观瑕疵的区域像素点数量设置精度表征函数，其中，所述复杂度表征函数的计算公式为：

；

所述精度表征函数的计算公式为：

；

式中，表征为复杂度表征函数，/>表征为精度表征函数，/>表征为图像相似度中单个像素点的计算复杂度，M表征为内环外观图像/外环外观图像包含的像素点总数目，D表征为外观瑕疵的区域像素点数量，/>，/>表征为每个内环/外环区域图像的像素点总数目，A为常数系数，无实质含义；

将所述复杂度表征函数和精度表征函数进行最小化求解得到N值，所述最小化求解公式为：

；

式中，min为最小化函数体。

6.根据权利要求5所述的一种检测方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述轴承工件的尺寸合格性的判定方法包括：

若内环圆周尺寸与内环圆周标准尺寸一致，且外环圆周尺寸与外环圆周标准尺寸一致，则所述轴承工件的尺寸合格；

若内环圆周尺寸与内环圆周标准尺寸不一致，或外环圆周尺寸与外环圆周标准尺寸不一致，则所述轴承工件的尺寸不合格。

7.根据权利要求5所述的一种检测方法，其特征在于，所述内环外观瑕疵/外环外观瑕疵的识别方法还包括：

若N个内环/外环区域图像存在瑕疵区域，则判定内环外观瑕疵/外环外观瑕疵存在，所述轴承工件的外观不合格；

若N个内环/外环区域图像不存在瑕疵区域，则判定内环外观瑕疵/外环外观瑕疵不存在，所述轴承工件的外观合格。