專利名稱：汽車活塞裝配質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種自動(dòng)化光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種汽車活塞裝配 質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞是汽車動(dòng)力系統(tǒng)最重要裝置之一，它承受交變的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù) 荷，是發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最惡劣的關(guān)鍵零部件。在活塞鋁基體鑄件加工完成后，需根據(jù)不同 產(chǎn)品要求完成石墨層噴涂，陽極氧化層加工，油孔開槽，活塞環(huán)裝配等多道工序。其中任何 一道工序的疏漏都會(huì)影響活塞最終成品的質(zhì)量。如活塞環(huán)漏裝或裝反會(huì)使得氣缸密封性能 受到破壞，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常工作。因此活塞裝配質(zhì)量必須100%檢測。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的檢索，目前常用的具體操作方法一種為人工目測。即由經(jīng)過培 訓(xùn)的工人對(duì)活塞裝配質(zhì)量進(jìn)行肉眼觀測。這種方法具有操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)在于人 工檢測結(jié)果受眾多因素影響，無法達(dá)到穩(wěn)定性和可靠性的要求。在《微機(jī)算計(jì)信息》2008， Vol. 24,No. 10上刊登了“智能圖像檢測在活塞在線分選中的應(yīng)用”，該文介紹了一種活塞分 選系統(tǒng)，具體內(nèi)容是，用圖像傳感器獲取活塞表面圖像，再通過特征提取和模板匹配的方法 識(shí)別活塞表面的噴墨字符，如果和正確字符不符合，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并將活塞剔除。該方法可 以代替工人目測檢測活塞表面字符錯(cuò)誤，但其檢測內(nèi)容非常有限，無法覆蓋大部分的活塞 裝配質(zhì)量問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種汽車活塞裝配質(zhì)量視覺檢測系 統(tǒng)，可一次性自動(dòng)對(duì)汽車活塞頂面字符，活塞環(huán)裝配，石墨層完整性等內(nèi)容進(jìn)行基于數(shù)字圖 像的視覺檢測。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括活塞進(jìn)料機(jī)構(gòu)、活塞出料機(jī)構(gòu)、 活塞檢測機(jī)構(gòu)和PLC控制模塊，其中PLC控制模塊通過I/O 口的通信線與活塞進(jìn)料機(jī)構(gòu)和 活塞出料機(jī)構(gòu)相連并輸出控制指令，接收工件到位信號(hào)，活塞檢測機(jī)構(gòu)位于活塞進(jìn)料機(jī)構(gòu) 和活塞出料機(jī)構(gòu)之間并正對(duì)待測活塞，活塞檢測機(jī)構(gòu)與PLC控制模塊相連接并傳輸檢測信 肩、ο所述的活塞進(jìn)料機(jī)構(gòu)包括步伐器、進(jìn)料氣缸和工件進(jìn)料傳感器，其中進(jìn)料氣缸 安裝在步伐器的下方，工件進(jìn)料傳感器安裝在步伐器的一側(cè)，其信號(hào)輸出端和PLC控制模 塊相連。所述的活塞出料機(jī)構(gòu)包括步伐器、出料氣缸、NG推塊和工件出料傳感器，其中 出料機(jī)構(gòu)設(shè)有平行布置的合格出料帶和不合格出料帶，出料氣缸連接NG推塊，NG推塊在合 格出料帶和不合格出料帶之間移動(dòng)，兩個(gè)工件出料傳感器分別設(shè)置于合格出料帶和不合格 出料帶的最末端，在出料帶滿時(shí)將信號(hào)傳遞給PLC控制模塊實(shí)現(xiàn)暫停運(yùn)行，防止工件溢出。所述的活塞檢測機(jī)構(gòu)包括密閉檢測腔和與之相連接的工控機(jī)、輔助光源、數(shù)字?jǐn)z像頭、伺服電機(jī)、側(cè)推擋塊、側(cè)推氣缸以及工件檢測傳感器，其中輔助光源包括碗狀光源 和條形光源，其中碗狀光源的直徑大于活塞直徑的3倍；條形光源的長度大于活塞直徑的 2倍；碗狀光源布置在被測活塞的正上方，且與活塞基座同軸布置由伺服電機(jī)帶動(dòng)上下垂 直運(yùn)動(dòng)，條形光源固定在被測活塞側(cè)面，光源中心點(diǎn)與活塞在高度方向的中點(diǎn)基本處于同 一水平高度且在檢測過程中無變化；數(shù)字?jǐn)z像頭固定設(shè)置于被測活塞位置的正上方和側(cè)面 且通過數(shù)據(jù)信號(hào)線與工控機(jī)相連，由工控機(jī)控制觸發(fā)，并將拍攝的圖像傳遞給工控機(jī)作圖 像處理；伺服電機(jī)與PLC控制模塊相連接并接收控制指令；側(cè)推擋塊與側(cè)推氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)連接 并在待測活塞旋轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)。拍攝過程中碗狀光源始終處于點(diǎn)亮狀態(tài)；條形光源在拍攝頂面圖像時(shí)不點(diǎn)亮，拍 攝側(cè)面圖像時(shí)用同步頻閃照明的方式。進(jìn)行頂面拍攝時(shí)，位于頂部的碗狀光源高角度照明， 以獲取對(duì)比度較高的頂面圖像；進(jìn)行側(cè)面拍攝時(shí)，由于伺服電機(jī)帶動(dòng)碗狀光源向下運(yùn)動(dòng)，同 時(shí)活塞向上運(yùn)動(dòng)，兩者運(yùn)動(dòng)至固定位置拍攝，此時(shí)碗狀光源低角度照明，同時(shí)側(cè)面的條形光 源作為碗狀光源的補(bǔ)充照明，兩者配合使用。由于活塞環(huán)在槽內(nèi)可自由移動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)中會(huì)出 現(xiàn)活塞環(huán)突出活塞槽的情況，此時(shí)活塞環(huán)下方的油孔區(qū)域會(huì)產(chǎn)生陰影區(qū)，側(cè)面照明可以較 好地消除陰影；且由于彈簧圈的環(huán)槽內(nèi)是反光度較高的鋁基體，單一使用側(cè)面照明會(huì)使得 彈簧圈與活塞基體對(duì)比度較低，頂面光線可以增強(qiáng)這一區(qū)域的對(duì)比度，所以側(cè)面和頂面照 明的配合使用可以提高側(cè)面圖像的特征清晰度。所述的同步頻閃照明，是工控機(jī)通過I/O板卡控制條形光源的頻閃電源，使光源 以亮/滅交替的方式頻閃照明。具體做法是工控機(jī)發(fā)出點(diǎn)亮信號(hào)給頻閃光源后，延時(shí)觸發(fā) 側(cè)面攝像頭拍攝，攝像頭在頻閃光源點(diǎn)亮的時(shí)間段內(nèi)完成曝光，頻閃光源熄滅后，工控機(jī)再 次延時(shí)觸發(fā)攝像頭拍攝，攝像頭在頻閃光源熄滅的時(shí)間段內(nèi)完成曝光，上述頻閃光源亮/ 滅過程為一個(gè)周期，在一個(gè)周期內(nèi)側(cè)面攝像頭被觸發(fā)兩次，獲得兩幅亮度不同的圖像。所述的伺服電機(jī)包括用于控制活塞基座升降的第一電機(jī)，用于控制活塞旋轉(zhuǎn)的 第二電機(jī)，用于控制碗狀光源升降的第三電機(jī)。所述的側(cè)推擋塊是一個(gè)表面光滑的立方體小塊，尺寸與被測活塞的半徑相匹配， 保證在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)在側(cè)面圖像上因光線遮擋留下陰影。所述的轉(zhuǎn)動(dòng)連接是指側(cè)推擋塊的下方通過一個(gè)可以調(diào)節(jié)高度的連桿與側(cè)推氣缸 相連，當(dāng)活塞換型時(shí)，將可調(diào)節(jié)的螺絲和連桿調(diào)整到與當(dāng)前型號(hào)匹配的角度和高度，然后再 加以固定。所述的工控機(jī)包括圖像單元、控制單元和通信單元，其中圖像單元通過圖像采 集卡接受數(shù)字?jǐn)z像頭拍攝的圖像信號(hào)，并進(jìn)行頂面圖像處理和側(cè)面圖像處理，最后將檢測 結(jié)果傳輸給通信單元；控制單元通過數(shù)字I/O信號(hào)線與頻閃條形光源以及側(cè)面攝像頭相 連，控制頻閃光源以固定的頻率點(diǎn)亮和熄滅，同時(shí)觸發(fā)側(cè)面攝像頭在頻閃光源點(diǎn)亮和熄滅 的周期內(nèi)各拍攝一幅圖像；通信單元通過數(shù)字I/O信號(hào)線與PLC控制模塊相連，通信單元向 PLC輸出2種I/O信號(hào)工件拍攝完畢信號(hào)，工件檢測結(jié)果信號(hào)，PLC向通信單元輸出工件到 位信號(hào)。本發(fā)明通過以下方式進(jìn)行工作首先進(jìn)料口的工件到位傳感器檢測到信號(hào)，并傳 遞給PLC ；PLC控制進(jìn)料氣缸運(yùn)動(dòng)，將活塞運(yùn)送到檢測工位前一位；此時(shí)檢測工位若有工件 在檢，則等待；若無工件，則PLC控制氣缸將活塞送到檢測位；PLC將工件到位信號(hào)傳遞給工控機(jī)；工控機(jī)觸發(fā)頂面攝像頭，拍攝并處理頂面圖像；工控機(jī)將拍攝完畢信號(hào)傳遞給PLC， PLC控制1號(hào)和3號(hào)伺服電機(jī)同時(shí)運(yùn)動(dòng)；PLC將工件到位信號(hào)傳遞給工控機(jī)，同時(shí)控制第二 電機(jī)旋轉(zhuǎn)、控制側(cè)推擋塊運(yùn)動(dòng)；工控機(jī)觸發(fā)側(cè)面攝像頭，拍攝并處理側(cè)面圖像，同時(shí)控制條 形LED光同步頻閃；工控機(jī)將拍攝完畢信號(hào)傳遞給PLC，PLC控制1號(hào)和3號(hào)伺服電機(jī)復(fù)位， 出料氣缸將活塞送到出料帶；工控機(jī)將活塞檢測結(jié)果信號(hào)發(fā)送給PLC，同時(shí)將檢測結(jié)果詳 細(xì)列表在顯示器上表示；PLC根據(jù)檢測結(jié)果，控制NG氣缸運(yùn)動(dòng)，將活塞推至NG出料口或OK 出料口。進(jìn)行頂面拍攝時(shí)，位于頂部的碗狀光源位置不變進(jìn)行照明，同時(shí)側(cè)面的條形光源 處于關(guān)閉狀態(tài)。結(jié)束頂面拍攝與頂面圖像處理后，碗狀光源向下運(yùn)動(dòng)且活塞向上運(yùn)動(dòng)，兩者 運(yùn)動(dòng)至固定位置后，開始進(jìn)行側(cè)面圖像的拍攝。進(jìn)行側(cè)面拍攝時(shí)，工控機(jī)頻閃點(diǎn)亮側(cè)面的條形光源進(jìn)行混合光源的照明。條形光 源熄滅時(shí)，活塞側(cè)面光照強(qiáng)度較小，活塞環(huán)槽內(nèi)的鋁基體不會(huì)過度曝光，拍攝的圖片用于活 塞環(huán)的檢測；條形光源點(diǎn)亮?xí)r，活塞側(cè)面光照強(qiáng)度較大，油孔區(qū)域的陰影可以得到抑制，且 活塞下部的石墨層、裙邊、活塞銷等區(qū)域?qū)Ρ榷容^好，拍攝的圖像用于側(cè)面中下部檢測對(duì)象 的分析。安裝在活塞側(cè)面的側(cè)推擋塊在氣缸推動(dòng)下以伸出/收回為一個(gè)周期反復(fù)運(yùn)動(dòng)。因 為如果側(cè)推擋塊在活塞旋轉(zhuǎn)過程中始終伸出，則極易卡在活塞環(huán)的缺口處，使得活塞環(huán)不 隨活塞基體一起旋轉(zhuǎn)，采用伸出/收回方式可避免上述問題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)能夠?qū)⒒钊麄?cè)面和頂面檢測集成在一個(gè)工位。由于需要獲取檢測對(duì)象的頂面和 側(cè)面信息，通常的做法是布置兩個(gè)檢測工位，分別設(shè)置頂面輔助光源和側(cè)面輔助光源，這樣 不利于設(shè)備的集成。并且單一使用頂面光源或側(cè)面光源進(jìn)行活塞側(cè)面圖像拍攝時(shí)，無法消 除可能產(chǎn)生的陰影和反光，這些都會(huì)造成圖像處理過程中的誤判。本發(fā)明將側(cè)面檢測工位 與頂面檢測工位合二為一，通過伺服電機(jī)的位置調(diào)節(jié)來兼顧頂面和側(cè)面拍攝所需的照明條 件，側(cè)面和頂面照明的同時(shí)使用可以消除活塞環(huán)造成的陰影，減小鋁基體的反光。不僅使得 設(shè)備布局更加緊湊，而且兩個(gè)輔助光源的配合使得能獲取特征明顯的頂面和側(cè)面圖像。2)能在活塞旋轉(zhuǎn)一周過程內(nèi)獲取兩種性質(zhì)的圖像。通過同步頻閃照明，使側(cè)面 LED條形光源以亮/滅交替的方式照亮活塞側(cè)面。攝像頭在側(cè)面光源點(diǎn)亮和關(guān)斷的周期內(nèi) 曝光完成。活塞旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)可獲取兩種性質(zhì)的圖像，一種是突出活塞環(huán)特征的圖像，另一種 是突出活塞下部的油孔，石墨層和裙邊特征的圖像。這樣只需活塞旋轉(zhuǎn)一周，便可檢測表面 特性差異較大的活塞各個(gè)區(qū)域的圖像。本發(fā)明采用的圖像處理技術(shù)在工廠大批量生產(chǎn)中具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，可兼顧識(shí) 別精度和響應(yīng)速度，活塞質(zhì)量無須人工觀察、憑經(jīng)驗(yàn)判斷，不受人為因素影響，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡 單，測量過程可靠，重復(fù)精度高，操作簡便迅速，適合于生產(chǎn)線大批量時(shí)使用；且其操作簡單 方便，操作技能要求低，培訓(xùn)時(shí)間短，勞動(dòng)強(qiáng)度低。


圖1本發(fā)明系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2兩步法模板匹配流程圖。圖3側(cè)面圖像處理步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)拖方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。如圖1所示，本實(shí)施例包括活塞進(jìn)料機(jī)構(gòu)1、活塞出料機(jī)構(gòu)2、活塞檢測機(jī)構(gòu)3和 PLC控制模塊4，其中PLC控制模塊4通過I/O 口的通信線與活塞進(jìn)料機(jī)構(gòu)1和活塞出料 機(jī)構(gòu)2相連并輸出控制指令，接收工件到位信號(hào)，活塞檢測機(jī)構(gòu)3位于活塞進(jìn)料機(jī)構(gòu)1和活 塞出料機(jī)構(gòu)2之間并正對(duì)待測活塞5，活塞檢測機(jī)構(gòu)3與PLC控制模塊4相連接并傳輸檢測
fn息ο所述的活塞進(jìn)料機(jī)構(gòu)1包括進(jìn)料步伐器6、進(jìn)料氣缸7和工件進(jìn)料傳感器8，其 中進(jìn)料氣缸7安裝在進(jìn)料步伐器6的下方，工件進(jìn)料傳感器8安裝在步伐器的一側(cè)，其信 號(hào)輸出端和PLC控制模塊相連。所述的活塞出料機(jī)構(gòu)2包括出料步伐器9、出料氣缸10、NG推塊11、工件出料傳 感器12以及平行布置的合格出料帶13和不合格出料帶14，其中出料氣缸10連接NG推塊 11，NG推塊11在合格出料帶13和不合格出料帶13之間移動(dòng)，兩個(gè)工件出料傳感器12分 別設(shè)置于合格出料帶13和不合格出料帶14的最末端，在出料帶滿時(shí)將信號(hào)傳遞給PLC控 制模塊4實(shí)現(xiàn)暫停運(yùn)行，防止工件溢出。所述的活塞檢測機(jī)構(gòu)3包括密閉檢測腔15和與之相連接的工控機(jī)16、輔助光源 17、數(shù)字?jǐn)z像頭18、伺服電機(jī)19、側(cè)推擋塊20、側(cè)推氣缸21以及工件檢測傳感器22，其中 輔助光源17包括碗狀光源和條形光源，其中碗狀光源的直徑大于活塞直徑的3倍；條形 光源的長度大于活塞直徑的2倍；碗狀光源布置在被測活塞的正上方，且與活塞基座同軸 布置由伺服電機(jī)19帶動(dòng)上下垂直運(yùn)動(dòng)，條形光源固定在被測活塞側(cè)面，光源中心點(diǎn)與活塞 在高度方向的中點(diǎn)基本處于同一水平高度且在檢測過程中無變化；數(shù)字?jǐn)z像頭18固定設(shè) 置于被測活塞位置的正上方和側(cè)面且通過數(shù)據(jù)信號(hào)線與工控機(jī)16相連，由工控機(jī)16控制 觸發(fā)，并將拍攝的圖像傳遞給工控機(jī)16作圖像處理；伺服電機(jī)19與PLC控制模塊相連接并 接收控制指令；側(cè)推擋塊20與側(cè)推氣缸21轉(zhuǎn)動(dòng)連接并在待測活塞5旋轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)伸縮運(yùn)動(dòng)。拍攝過程中碗狀光源始終處于點(diǎn)亮狀態(tài)；條形光源在拍攝頂面圖像時(shí)不點(diǎn)亮，拍 攝側(cè)面圖像時(shí)用同步頻閃照明的方式。進(jìn)行頂面拍攝時(shí)，位于頂部的碗狀光源高角度照明， 以獲取對(duì)比度較高的頂面圖像；進(jìn)行側(cè)面拍攝時(shí)，由于伺服電機(jī)19帶動(dòng)碗狀光源向下運(yùn) 動(dòng)，同時(shí)活塞向上運(yùn)動(dòng)，兩者運(yùn)動(dòng)至固定位置拍攝，此時(shí)碗狀光源低角度照明，同時(shí)側(cè)面的 條形光源作為碗狀光源的補(bǔ)充照明，兩者配合使用。由于活塞環(huán)在槽內(nèi)可自由移動(dòng)，在旋轉(zhuǎn) 中會(huì)出現(xiàn)活塞環(huán)突出活塞槽的情況，此時(shí)活塞環(huán)下方的油孔區(qū)域會(huì)產(chǎn)生陰影區(qū)，側(cè)面照明 可以較好地消除陰影；且由于彈簧圈的環(huán)槽內(nèi)是反光度較高的鋁基體，單一使用側(cè)面照明 會(huì)使得彈簧圈與活塞基體對(duì)比度較低，頂面光線可以增強(qiáng)這一區(qū)域的對(duì)比度，所以側(cè)面和 頂面照明的配合使用可以提高側(cè)面圖像的特征清晰度。所述的同步頻閃照明，是工控機(jī)16通過I/O板卡控制條形光源的頻閃電源，使光 源以亮/滅交替的方式頻閃照明。具體做法是工控機(jī)16發(fā)出點(diǎn)亮信號(hào)給頻閃光源后，延時(shí) 觸發(fā)側(cè)面攝像頭拍攝，攝像頭在頻閃光源點(diǎn)亮的時(shí)間段內(nèi)完成曝光，頻閃光源熄滅后，工控機(jī)16再次延時(shí)觸發(fā)攝像頭拍攝，攝像頭在頻閃光源熄滅的時(shí)間段內(nèi)完成曝光，上述頻閃光 源亮/滅過程為一個(gè)周期，在一個(gè)周期內(nèi)側(cè)面攝像頭被觸發(fā)兩次，獲得兩幅亮度不同的圖像。所述的伺服電機(jī)19包括用于控制活塞基座升降的第一電機(jī)23，用于控制活塞旋 轉(zhuǎn)的第二電機(jī)對(duì)，用于控制碗狀光源升降的第三電機(jī)25。所述的側(cè)推擋塊20是一個(gè)表面光滑的立方體小塊，尺寸與被測活塞的半徑相匹 配，保證在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)在側(cè)面圖像上因光線遮擋留下陰影。所述的轉(zhuǎn)動(dòng)連接是指側(cè)推擋塊20的下方通過一個(gè)可以調(diào)節(jié)高度的連桿與側(cè)推 氣缸21相連，當(dāng)活塞換型時(shí)，將可調(diào)節(jié)的螺絲和連桿調(diào)整到與當(dāng)前型號(hào)匹配的角度和高 度，然后再加以固定。所述的工控機(jī)16包括圖像單元沈、控制單元27和通信單元觀，其中圖像單元 沈通過圖像采集卡接受數(shù)字?jǐn)z像頭18拍攝的圖像信號(hào)，并進(jìn)行頂面圖像處理和側(cè)面圖像 處理，最后將檢測結(jié)果傳輸給通信單元洲；控制單元27通過數(shù)字I/O信號(hào)線與頻閃條形光 源以及側(cè)面攝像頭相連，控制頻閃光源以固定的頻率點(diǎn)亮和熄滅，同時(shí)觸發(fā)側(cè)面攝像頭在 頻閃光源點(diǎn)亮和熄滅的周期內(nèi)各拍攝一幅圖像；通信單元觀通過數(shù)字I/O信號(hào)線與PLC控 制模塊4相連，通信單元觀向PLC輸出2種I/O信號(hào)工件拍攝完畢信號(hào)，工件檢測結(jié)果信 號(hào)，PLC向通信單元觀輸出工件到位信號(hào)。具體實(shí)現(xiàn)過程如下將檢測工位四周用擋板包圍，以消除光線干擾?；钊戏桨?裝LED碗狀漫反射光源，光源正下方安裝頂面攝像頭，并且三者同軸放置。在拍攝活塞頂面 圖像時(shí)碗狀光源底部距離活塞頂面約60cm，頂面攝像頭的鏡頭距離活塞頂面約50cm，在拍 攝活塞側(cè)面圖像時(shí)碗狀光源底部距離活塞頂面約3cm ；活塞側(cè)面安裝LED條形光源，其中心 點(diǎn)與活塞側(cè)面的垂直距離約10cm，側(cè)面攝像頭安裝在條形光源上方約5cm，兩者中心點(diǎn)的 連線與活塞表面垂直，側(cè)面攝像頭的鏡頭與活塞側(cè)面的垂直距離約20cm?；钊M(jìn)入檢測工位后，檢測工位上方的攝像頭在LED碗狀漫反射光源照明下拍攝 一幅活塞頂面圖，拍攝完成后活塞基座向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)上方光源向下運(yùn)動(dòng)。兩者運(yùn)動(dòng)至固定 位置后，括塞以1秒/轉(zhuǎn)的速度勻速旋轉(zhuǎn)一周，旋轉(zhuǎn)過程中側(cè)推擋塊反復(fù)伸出和收回。活塞 旋轉(zhuǎn)過程中工控機(jī)控制側(cè)面攝像頭和頻閃光源實(shí)現(xiàn)同步工作的時(shí)序，具體步驟如下1)工控機(jī)控制頻閃光源點(diǎn)亮；2)頻閃光源點(diǎn)亮IOOms后，工控機(jī)觸發(fā)側(cè)面攝像頭拍攝一幅圖像，攝像頭曝光時(shí) 間為3ms ；3)頻閃光源點(diǎn)亮200ms后，工控機(jī)控制頻閃光源熄滅；4)頻閃光源熄滅IOOms后，工控機(jī)觸發(fā)側(cè)面攝像頭拍攝一幅圖像，攝像頭曝光時(shí) 間為3ms ；5)頻閃光源熄滅200ms后，工控機(jī)控制頻閃光源點(diǎn)亮；上述頻閃光源的亮/滅過程為一個(gè)周期，在活塞旋轉(zhuǎn)一周的過程中，共有20個(gè)周 期，每個(gè)周期內(nèi)側(cè)面攝像頭獲取2幅圖像，活塞旋轉(zhuǎn)一周攝像頭共獲取側(cè)面圖像40幅，其中 LED條形光點(diǎn)亮的圖像和熄滅圖像各20幅?；钊斆鎴D像中，刻字部分呈現(xiàn)較暗區(qū)域，將刻字區(qū)域圖像截取后，通過閾值分割 可以獲得二值化圖像。二值化后的圖像中存在一些孤立的噪聲點(diǎn)，并且由于針刻的深度不均等原因某些字符筆劃斷裂，通過小結(jié)構(gòu)元素的形態(tài)學(xué)腐蝕來消除噪聲點(diǎn)，然后用形態(tài)學(xué) 膨脹消除斷裂，最后將二值字符圖像用兩步法進(jìn)行字符模板匹配。LED條形光源點(diǎn)亮?xí)r碗狀光源和條形光源同時(shí)照射于活塞，圖像亮度較高。位于活 塞中下部的油孔、石墨層、裙邊、活塞銷等區(qū)域和背景呈現(xiàn)很大的對(duì)比度，易于進(jìn)行目標(biāo)圖 像特征的提取，活塞中下部區(qū)域的檢測在這些圖像中進(jìn)行。LED條形光源熄滅時(shí)僅頂面光源 照射于活塞，圖像亮度較低。由于頂面光源直徑大于活塞直徑，且距離活塞頂面很近，活塞 環(huán)細(xì)節(jié)被照亮而不會(huì)曝光過度，活塞環(huán)的檢測在這些圖像中進(jìn)行。首先對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理， 然后在圖像中的固定區(qū)域內(nèi)尋找石墨層上的高反光的金屬點(diǎn)，以金屬點(diǎn)的中心為基準(zhǔn)點(diǎn)， 通過事先設(shè)定的相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，從原始圖像中截取出各個(gè)待測目標(biāo)區(qū)域。然后 在每一個(gè)待測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，用固定閾值進(jìn)行二值化處理，最后在二值圖像中逐幅圖像尋找 與待測目標(biāo)幾何特征相似度在一定范圍內(nèi)的目標(biāo)，用這樣的方法檢測油孔個(gè)數(shù)、石墨層完 整性、裙邊完整性以及活塞銷存在與否。下面以活塞環(huán)組中的上下油環(huán)刮片為例，說明圖像 處理流程，其余目標(biāo)區(qū)域的檢測皆與此原理類似。①圖像預(yù)處理將攝像頭獲取的圖像經(jīng)頻域低通濾波器濾波；②截取檢測項(xiàng)目對(duì) 應(yīng)區(qū)域；③二值化設(shè)定灰度值大于90的像素點(diǎn)為白色，其余的為黑色；則只有油環(huán)刮片和 彈簧圈的很小一部分是白色，下油環(huán)刮片的缺口位置清晰，但需去除白色彈簧圈細(xì)小顆粒 的影響；④過濾小面積白色區(qū)域通過形態(tài)學(xué)濾波，將長度小于20個(gè)像素點(diǎn)的顆粒過濾掉； ⑤統(tǒng)計(jì)分析沿圖片χ軸(向右為正)方向逐個(gè)統(tǒng)計(jì)在y軸方向(向下為正)上、下油環(huán)刮 片所在位置，最后計(jì)算出上下刮片間距離，統(tǒng)計(jì)距離大于43的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)大于 10則認(rèn)為是缺口。應(yīng)用本實(shí)施例方法檢測汽車活塞裝配質(zhì)量，檢測過程可靠，重復(fù)精度高；一次性 即可檢測出表面刻字及活塞環(huán)裝配等內(nèi)容，檢測內(nèi)容基本覆蓋裝配質(zhì)量人工目測的所有內(nèi) 容；操作簡便迅速，整個(gè)檢測過程僅8秒，適用于生產(chǎn)線大批量使用。
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權(quán)利要求
1.一種汽車活塞裝配質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括活塞進(jìn)料機(jī)構(gòu)、活塞出料 機(jī)構(gòu)、活塞檢測機(jī)構(gòu)和PLC控制模塊，其中PLC控制模塊通過I/O 口的通信線與活塞進(jìn)料 機(jī)構(gòu)和活塞出料機(jī)構(gòu)相連并輸出控制指令，接收工件到位信號(hào)，活塞檢測機(jī)構(gòu)位于活塞進(jìn) 料機(jī)構(gòu)和活塞出料機(jī)構(gòu)之間并正對(duì)待測活塞，活塞檢測機(jī)構(gòu)與PLC控制模塊相連接并傳輸 檢測信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車活塞裝配質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的活塞進(jìn) 料機(jī)構(gòu)包括步伐器、進(jìn)料氣缸和工件進(jìn)料傳感器，其中進(jìn)料氣缸安裝在步伐器的下方， 工件進(jìn)料傳感器安裝在步伐器的一側(cè)，其信號(hào)輸出端和PLC控制模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車活塞裝配質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的活塞出 料機(jī)構(gòu)包括步伐器、出料氣缸、NG推塊和工件出料傳感器，其中出料機(jī)構(gòu)設(shè)有平行布置 的合格出料帶和不合格出料帶，出料氣缸連接NG推塊，NG推塊在合格出料帶和不合格出料 帶之間移動(dòng)，兩個(gè)工件出料傳感器分別設(shè)置于合格出料帶和不合格出料帶的最末端，在出 料帶滿時(shí)將信號(hào)傳遞給PLC控制模塊實(shí)現(xiàn)暫停運(yùn)行，防止工件溢出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車活塞裝配質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的活塞檢 測機(jī)構(gòu)包括密閉檢測腔和與之相連接的工控機(jī)、輔助光源、數(shù)字?jǐn)z像頭、伺服電機(jī)、側(cè)推擋 塊、側(cè)推氣缸以及工件檢測傳感器，其中輔助光源包括碗狀光源和條形光源，其中碗狀 光源的直徑大于活塞直徑的3倍；條形光源的長度大于活塞直徑的2倍；碗狀光源布置在 被測活塞的正上方，且與活塞基座同軸布置由伺服電機(jī)帶動(dòng)上下垂直運(yùn)動(dòng)，條形光源固定 在被測活塞側(cè)面，光源中心點(diǎn)與活塞在高度方向的中點(diǎn)基本處于同一水平高度且在檢測過 程中無變化；數(shù)字?jǐn)z像頭固定設(shè)置于被測活塞位置的正上方和側(cè)面且通過數(shù)據(jù)信號(hào)線與工 控機(jī)相連，由工控機(jī)控制觸發(fā)，并將拍攝的圖像傳遞給工控機(jī)作圖像處理；伺服電機(jī)與PLC 控制模塊相連接并接收控制指令；側(cè)推擋塊與側(cè)推氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)連接并在待測活塞旋轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn) 伸縮運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽車活塞裝配質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的伺服電 機(jī)包括用于控制活塞基座升降的第一電機(jī)，用于控制活塞旋轉(zhuǎn)的第二電機(jī)，用于控制碗狀 光源升降的第三電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽車活塞裝配質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的側(cè)推擋 塊是一個(gè)表面光滑的立方體小塊，尺寸與被測活塞的半徑相匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽車活塞裝配質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的轉(zhuǎn)動(dòng)連 接是指側(cè)推擋塊的下方通過一個(gè)可以調(diào)節(jié)高度的連桿與側(cè)推氣缸相連，當(dāng)活塞換型時(shí)，將 可調(diào)節(jié)的螺絲和連桿調(diào)整到與當(dāng)前型號(hào)匹配的角度和高度，然后再加以固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的汽車活塞裝配質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，其特征是，所述的工控機(jī) 包括圖像單元、控制單元和通信單元，其中圖像單元通過圖像采集卡接受數(shù)字?jǐn)z像頭拍 攝的圖像信號(hào)，并進(jìn)行頂面圖像處理和側(cè)面圖像處理，最后將檢測結(jié)果傳輸給通信單元；控 制單元通過數(shù)字I/O信號(hào)線與頻閃條形光源以及側(cè)面攝像頭相連，控制頻閃光源以固定的 頻率點(diǎn)亮和熄滅，同時(shí)觸發(fā)側(cè)面攝像頭在頻閃光源點(diǎn)亮和熄滅的周期內(nèi)各拍攝一幅圖像； 通信單元通過數(shù)字I/O信號(hào)線與PLC控制模塊相連，通信單元向PLC輸出2種I/O信號(hào)工 件拍攝完畢信號(hào)，工件檢測結(jié)果信號(hào)，PLC向通信單元輸出工件到位信號(hào)。
全文摘要
一種自動(dòng)化光學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域的汽車活塞裝配質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，包括活塞進(jìn)料機(jī)構(gòu)、活塞出料機(jī)構(gòu)、活塞檢測機(jī)構(gòu)和PLC控制模塊，PLC控制模塊通過I/O口的通信線與活塞進(jìn)料機(jī)構(gòu)和活塞出料機(jī)構(gòu)相連并輸出控制指令，接收工件到位信號(hào)，活塞檢測機(jī)構(gòu)位于活塞進(jìn)料機(jī)構(gòu)和活塞出料機(jī)構(gòu)之間并正對(duì)待測活塞，活塞檢測機(jī)構(gòu)與PLC控制模塊相連接并傳輸檢測信息。本發(fā)明可一次性自動(dòng)對(duì)汽車活塞頂面字符，活塞環(huán)裝配，石墨層完整性等內(nèi)容進(jìn)行基于數(shù)字圖像的視覺檢測。
文檔編號(hào)G01N21/88GK102072910SQ20101054300
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月13日
發(fā)明者華學(xué)明, 孔諒, 孫大為, 楊海瀾, 蔡艷 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)