專利名稱：汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種零件加工表面質量檢測技術領域的裝置，具體地說，涉及的是一種汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置。
背景技術：
剎車主缸活塞是非常重要的汽車零件，關乎汽車的質量和乘車人員的生命安全。由于剎車主缸活塞產量很大，而表面的壓坑、劃傷其大小、深度與分布位置都是隨機的，目前大部分企業對于汽車剎車油缸表面質量的檢測，都依靠人的眼睛來觀察測量的結果，判斷剎車主缸活塞是否合格。這些檢測方法勞動強度大，需要不斷調整觀測角度和光線強度，檢測人員容易因疲勞而誤判，經驗依賴性強，生產效率低，質量得不到很好的保障，因此研發一套依靠機器視覺進行表面質量檢測的系統是十分有意義的。
經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利文獻號CN101221134A，記載了一種“計算機視覺技術檢測微小軸承表面缺陷的方法及其裝置”，該技術利用冷光源通過焦闌鏡頭使光線垂直照射軸承端面，通過傳感器控制數字攝像頭拍攝軸承端面圖像。但這一檢測裝置只能檢測平面零件表面。檢索中還發現，中國專利文獻號CN101799431A，記載了 “高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測方法及設備”，其特征在于在自動化生成線上，將需要檢測的罐蓋分離成單個罐蓋，單個罐蓋在傳送裝置上運動；當罐蓋運動到傳送裝置的檢測工位時，成像系統對罐蓋高速成像；獲取的罐蓋圖像輸送工業計算機并由工業計算機進行處理，對多個檢測區域進行質量檢測，產生質量判斷信號；根據檢測結果，位于傳送裝置剔出工位的剔出裝置將不合格產品剔出；合格產品在傳送裝置上繼續運動，經過整形裝置后有序地輸出。該專利技術不足之處是由于被檢測罐蓋在傳送裝置上不能旋轉，因此每次對罐蓋高速成像只能獲取一部分圖像，需要在傳送帶的不同位置對多個檢測區域進行質量檢測，不能在同一工位完成檢驗。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種機器視覺質量檢測系統，能自動快速穩定地檢測剎車主缸活塞表面質量缺陷，并根據檢測結果完成產品分揀，實現運動控制和圖像采集、分析一體化。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括電氣柜、啟動和停止按鈕、水平臺、遮光保護罩、光學成像裝置、機械傳動裝置、圖像處理裝置和工作臺。其中電氣柜位于工作臺的左側，啟動和停止按鈕安裝于靠近電氣柜的一側，遮光保護罩用鉸鏈固定于工作臺上，光學成像裝置和機械傳動裝置通過緊固件固定在水平臺上，水平臺再通過緊固件固定在工作臺上。機械傳動裝置啟動后帶動待檢測主缸活塞轉動，光學成像裝置進行主缸活塞圖像采集，在主缸活塞轉動一周的過程中完成多幅圖像的動態采集，并傳給圖像處理裝置進行實時分析檢測，并在顯示器上顯示活塞表面質量的檢測結果，給出缺陷產品的缺陷類型，完成廣品的分棟。所述的光學成像裝置，包括直線導軌、數字相機滑塊、XY軸數字相機調整座、Z軸數字相機調整座、相機接塊、工業數字相機、變焦鏡頭、光源導桿、上光源位置固定環、上光源姿態調整架、上LED光源、下光源位置固定環、下光源姿態調整架、下LED光源、光源導桿座和光源滑塊。其中變焦鏡頭通過鏡頭卡口與工業數字相機連接，工業數字相機用緊固件通過相機接塊安裝在Z軸數字相機調整座上，Z軸數字相機調整座固定于XY軸數字相機調整座上，XY軸數字相機調整座通過數字相機滑塊連接在直線導軌上；上、下兩個LED光源分別安裝在上、下兩套光源姿態調整架上，并通過上、下光源位置固定環，固定在光源導桿上的適當位置，光源導桿固定在光源導桿座內，光源導桿座通過光源滑塊連接在直線導軌上。所述的機械傳動裝置，包括機械傳動箱、電機同步帶輪、驅動電機、同步·齒形帶、傳動軸、上軸承蓋、上傳動軸承、下傳動軸承、下軸承蓋和傳動軸同步帶輪。其中驅動電機通過緊固件固定在機械傳動箱的電機槽內；上傳動軸承、下傳動軸承穿于傳動軸上、下兩端,并通過上、下軸承蓋固定于機械傳動箱的軸承槽內；電機同步帶輪和傳動軸同步帶輪通過同步齒形帶連接，并分別固定在驅動電機和傳動軸上；整體機械傳動箱通過緊固件定位于工作臺上。所述的圖像處理裝置，包括用于圖像處理的計算機和圖像處理軟件部分。其中軟件部分包括HMI人機交互軟件部分、控制和通訊軟件部分和圖像檢測軟件部分。HMI人機交互軟件部分包括參數初始化設置、檢測校準，檢測圖像的顯示和檢測結果顯示，檢測系統狀態顯示，報警顯示，手動操作，自動操作，數據存儲、統計和報表功能；控制和通訊軟件部分包括基于總線的PLC通訊程序，檢測系統自動動作流程控制，檢測系統手動操作動作控制，圖像檢測運行及停止的控制；圖像處理軟件部分包括圖像定時采集程序，圖像增強、低通濾波和平滑去噪程序，圖像二值化處理程序，圖像輪廓抽取程序，開放式特征樣板匹配程序，圖像的實時顯示程序。為保證視覺檢測的有效，在裝置整體裝配時，光學成像裝置所用直線導軌的中心線需要和機械傳動裝置的傳動軸中心線相交；同時，需要根據不同批次待檢測主缸活塞的型號規格，選擇對應的檢測工件可換連接件，可換連接件安裝于傳動軸的頂端。本發明工作時，首先，根據待檢測主缸活塞的中心位置和輪廓大小，調整變焦鏡頭的高度，調整鏡頭相對待檢測主缸活塞的距離，并微調鏡頭焦距，以確保成像完整清晰。然后，調整上、下LED光源的位置姿態和光源強度，確保入射光線角度適宜，光強均勻適度。接著，蓋好遮光保護罩后，即可按動工作臺上的綠色啟動按鈕，進入視覺檢測環節。啟動后，機械傳動裝置的驅動電機開始轉動，通過電機同步帶輪和同步齒形帶帶動傳動軸同步帶輪轉動，從而帶動傳動軸及其上面的待檢測主缸活塞轉動。同時，光學成像裝置進行圖像采集，在主缸活塞轉動一周的過程中完成多幅圖像的動態采集，并傳給圖像處理裝置進行實時分析，在顯示器上顯示活塞表面質量的檢測結果，給出缺陷產品的缺陷類型，完成產品的分揀。最后將該主缸活塞取下，安裝下一個相同型號的主缸活塞，即可再次按動啟動按鈕開始檢測。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果I、自動完成活塞表面質量缺陷的快速檢測，每個工件的平均檢測時間可在3至4秒內完成；
2、能對常見缺陷進行分類；3、運動控制和圖像采集、分析一體化；4、測量數據實時記錄，數據庫管理，測量歷史數據可以追溯；5、具備一整套控制和驅動系統，能在工件轉動過程中完成活塞表面圖像的動態采集;6、具備一套完整的檢測和控制軟件，能完成動態采集圖像的實時分析，給出表面質量的檢測結果。
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、 目的和優點將會變得更明顯圖I是本發明總體示意圖。圖2是本發明的光學成像裝置和機械傳動裝置的主視圖。圖3是本發明的機械傳動裝置的剖視圖。圖中電氣柜I、啟動和停止按鈕2、水平臺3、遮光保護罩4、光學成像裝置5、機械傳動裝置6、圖像處理計算機顯示器7、圖像處理計算機主機8、工作臺9 ；直線導軌10、數字相機滑塊11、XY軸數字相機調整座12、Z軸數字相機調整座13、相機接塊14、工業數字相機15、變焦鏡頭16、光源導桿17、上光源位置固定環18、上光源姿態調整架19、上LED光源20、待檢測主缸活塞21、下光源位置固定環22、下光源姿態調整架23、下LED光源24、光源導桿座25、光源滑塊26、機械傳動裝置27 ；機械傳動箱28、電機同步帶輪29、驅動電機30、同步齒形帶31、檢測工件可換連接件32、傳動軸33、上軸承蓋34、上傳動軸承35、下傳動軸承36、下軸承蓋37、傳動軸同步帶輪38。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。如圖I所示，本實施例提供一種汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝備，包括電氣柜I、啟動和停止按鈕2、水平臺3、遮光保護罩4、光學成像裝置5、機械傳動裝置6、圖像處理計算機顯示器7、圖像處理計算機主機8和工作臺9。其中電氣柜I位于工作臺9的左側，啟動和停止按鈕2安裝于靠近電氣柜I的一側，遮光保護罩4用鉸鏈固定于工作臺9上，光學成像裝置5和機械傳動裝置6通過緊固件固定在水平臺3上，水平臺3再通過緊固件固定在工作臺9上。圖像處理計算機顯示器7設置在工作臺上，圖像處理計算機主機8設置在工作臺9下方。如圖2所示，所述光學成像裝置5包括直線導軌10、數字相機滑塊11、XY軸數字相機調整座12、Z軸數字相機調整座13、相機接塊14、工業數字相機15、變焦鏡頭16、光源導桿17、上光源位置固定環18、上光源姿態調整架19、上LED光源20、下光源位置固定環22、下光源姿態調整架23、下LED光源24、光源導桿座25、光源滑塊26。其中變焦鏡頭16通過鏡頭卡口與工業數字相機15連接，工業數字相機15用緊固件通過相機接塊14安裝在Z軸數字相機調整座13上，Z軸數字相機調整座13固定于XY軸數字相機調整座上12，XY軸數字相機調整座12通過數字相機滑塊11連接在直線導軌10上；上LED光源20和下LED光源24分別安裝在上光源姿態調整架19和下光源姿態調整架23上，并分別通過上光源位置固定環18和下光源位置固定環22，固定在光源導桿17上的適當位置，光源導桿17通過緊定螺釘固定在光源導桿座25內，光源導桿座25通過光源滑塊26連接在直線導軌10上。如圖3所示,所述的機械傳動裝置6,包括機械傳動箱28、電機同步帶輪29、驅動電機30、同步齒形帶31、傳動軸33、上軸承蓋34、上傳動軸承35、下傳動軸承36、下軸承蓋37和傳動軸同步帶輪38。其中驅動電機30通過緊固件，固定在機械傳動箱28的電機槽內；上傳動軸承35和下傳動軸承36分別穿于傳動軸33上、下兩端，并通過上軸承蓋34和下軸承蓋37固定于機械傳動箱28的軸承槽內；電機同步帶輪29和傳動軸同步帶輪38通 過同步齒形帶31連接，并分別固定在驅動電機30和傳動軸33上；整體機械傳動箱28通過緊固件定位于工作臺9上。為保證視覺檢測的有效，在裝置整體裝配時，光學成像裝置5所用直線導軌10的中心線需要和機械傳動裝置6的傳動軸33中心線相交。不同型號規格的待檢測主缸活塞21的尺寸不同，需設計制作對應的檢測工件可換連接件32。檢測工件可換連接件32是帶臺階的階梯軸，上端直徑與需要匹配的待檢測工件內徑采用間隙配合，下端直徑和傳動軸33的頂端內徑采用過渡配合。工作時,將匹配的可換連接件32安裝于傳動軸33的頂端，再將待檢測主缸活塞21安裝在檢測工件可換連接件32的上端。所述的圖像處理裝置，包括用于圖像處理的計算機和圖像處理軟件部分。其中軟件部分包括HMI人機交互軟件部分、控制和通訊軟件部分和圖像檢測軟件部分。HMI人機交互軟件部分包括參數初始化設置、檢測校準，檢測圖像的顯示和檢測結果顯示，檢測系統狀態顯示，報警顯示，手動操作，自動操作，數據存儲、統計和報表功能；控制和通訊軟件部分包括基于總線的PLC通訊程序，檢測系統自動動作流程控制，檢測系統手動操作動作控制，圖像檢測運行及停止的控制；圖像處理軟件部分包括圖像定時采集程序，圖像增強、低通濾波和平滑去噪程序，圖像二值化處理程序，圖像輪廓抽取程序，開放式特征樣板匹配程序，圖像的實時顯示程序。其中，圖像定時采集程序每秒采集6幅圖像保存在6個緩存中，等待讀取。緩存中的圖像依次通過增強處理，低通濾波，平滑去噪進行圖像預處理。通過調整合適的閾值，對已經預處理過的圖像接著進行二值化處理。接著利用基于Roberts算子的邊緣檢測技術進行圖像輪廓抽取。然后在已抽取出的輪廓圖像中進行多個特征樣板匹配，樣板個數取決于用戶選擇。最后將處理后的圖像與匹配結果進行整合及實時顯示。此軟件采用的圖像處理技術為現有成熟技術，不再贅述。本實施例工作時，首先，根據待檢測主缸活塞21的中心位置和輪廓大小，調整變焦鏡頭16的高度，調整鏡頭相對待檢測主缸活塞21的距離，并微調鏡頭焦距，以確保成像完整清晰。然后，上LED光源20和下LED光源24的位置姿態和光源強度，確保入射光線角度適宜，光強均勻適度。接著，蓋好遮光保護罩4后，即可按動工作臺上的綠色啟動按鈕2，進入視覺檢測環節。啟動后，機械傳動裝置6的驅動電機30開始轉動,通過電機同步帶輪29和同步齒形帶31帶動傳動軸同步帶輪38轉動，從而帶動傳動軸33及其上面的待檢測主缸活塞21轉動。同時，光學成像裝置5進行圖像采集，并傳給圖像處理裝置進行分析，在圖像處理計算機顯示器7上顯示分析測量結果，完成產品的分揀。最后將當前待檢測主缸活塞21取下，安裝下一個相同型號的主缸活塞，即可再次按動啟動按鈕2開始檢測。本發明能自動完成活塞表面質量缺陷的快速檢測，每個工件的平均檢測時間可在3至4秒內完成；能對常見缺陷進行分類；實現運動控制和圖像采集、分析一體化；實現測量數據實時記錄，數據庫管理，測量歷史數據可以追溯；具備一整套控制和驅動系統，能在工件轉動過程中完成活塞表面圖像的動態采集；具備一套完整的檢測和控制軟件，能完成動態采集圖像的實時分析，給出表面質量的檢測結果。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影 響本發明的實質內容。
權利要求
1.一種汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置，包括電氣柜、啟動和停止按鈕、水平臺、遮光保護罩、光學成像裝置、機械傳動裝置、圖像處理裝置和工作臺，其特征在于電氣柜位于工作臺的左側，啟動和停止按鈕安裝于靠近電氣柜的一側，遮光保護罩用鉸鏈固定于工作臺上，光學成像裝置和機械傳動裝置通過緊固件固定在水平臺上，水平臺再通過緊固件固定在工作臺上；機械傳動裝置啟動后帶動待檢測主缸活塞轉動，光學成像裝置進行主缸活塞圖像采集，在主缸活塞轉動一周的過程中完成多幅圖像的動態采集，并傳給圖像處理裝置進行實時分析檢測，并在顯示器上顯示活塞表面質量的檢測結果，給出缺陷產品的缺陷類型，完成產品的分揀。
2.根據權利要求I所述的汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置，其特征是，所述的光學成像裝置，包括直線導軌、數字相機滑塊、XY軸數字相機調整座、Z軸數字相機調整座、相機接塊、工業數字相機、變焦鏡頭、光源導桿、上光源位置固定環、上光源姿態調整架、上LED光源、下光源位置固定環、下光源姿態調整架、下LED光源、光源導桿座和光源滑塊；其中變焦鏡頭通過鏡頭卡口與工業數字相機連接，工業數字相機用緊固件通過相機接塊安裝在Z軸數字相機調整座上，Z軸數字相機調整座固定于XY軸數字相機調整座上，XY軸數字相機調整座通過數字相機滑塊連接在直線導軌上；上、下兩個LED光源分別安裝在上、下兩套光源姿態調整架上，并通過上、下光源位置固定環，固定在光源導桿上的適當位置，光源導桿固定在光源導桿座內，光源導桿座通過光源滑塊連接在直線導軌上。
3.根據權利要求I所述的汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置，其特征是，所述的機械傳動裝置，包括機械傳動箱、電機同步帶輪、驅動電機、同步齒形帶、傳動軸、上軸承蓋、上傳動軸承、下傳動軸承、下軸承蓋和傳動軸同步帶輪；其中驅動電機通過緊固件固定在機械傳動箱的電機槽內；上傳動軸承、下傳動軸承穿于傳動軸上、下兩端,并通過上、下軸承蓋固定于機械傳動箱的軸承槽內；電機同步帶輪和傳動軸同步帶輪通過同步齒形帶連接，并分別固定在驅動電機和傳動軸上；整體機械傳動箱通過緊固件定位于工作臺上。
4.根據權利要求1-3任一項所述的汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置，其特征是，所述的圖像處理裝置，包括用于圖像處理的計算機和圖像處理軟件部分；其中軟件部分包括HMI人機交互軟件部分、控制和通訊軟件部分和圖像檢測軟件部分，HMI人機交互軟件部分包括參數初始化設置、檢測校準，檢測圖像的顯示和檢測結果顯示，檢測系統狀態顯示，報警顯示，手動操作，自動操作，數據存儲、統計和報表功能；控制和通訊軟件部分包括基于總線的通訊程序，檢測系統自動動作流程控制，檢測系統手動操作動作控制，圖像檢測的控制；圖像檢測軟件部分包括圖像采集程序，圖像濾波和預處理，圖像匹配算法和圖像的實時放大和顯示。
5.根據權利要求1-3任一項所述的汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置，其特征是，在裝置整體裝配時，光學成像裝置所用直線導軌的中心線需要和機械傳動裝置的傳動軸中心線相交，以保證視覺檢測成像準確有效。
6.根據權利要求3所述的汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置，其特征是，所述傳動軸的頂端設有檢測工件可換連接件，所述檢測工件可換連接件根據不同批次待檢測主缸活塞的型號規格選擇，檢測工件可換連接件是帶臺階的階梯軸，上端直徑與需要匹配的待檢測工件內徑采用間隙配合，下端直徑和傳動軸的頂端內徑采用過渡配合。
7.根據權利要求2所述的汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置，其特征是，根據待檢測主缸活塞的中心位置和輪廓大小，調整變焦鏡頭的高度，調整鏡頭相對待檢測主缸活塞的距離，并微調鏡頭焦距，以確保成像完整清晰。
8.根據權利要求2所述的汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置，其特征是，根據待檢測主缸活塞的位置和工作場所的燈光，調整上、下LED光源的位置姿態和光源強度，確保入射光線角度適宜，光強均勻適度。
9.根據權利要求I所述的汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置，其特征是，具備一整套控制和驅動系統，能在工件轉動過程中完成活塞表面圖像的動態采集。
10.根據權利要求I所述的汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置，其特征是，所述裝置具備一套完整的檢測和控制軟件，能完成動態采集圖像的實時分析，給出表面質量的檢測結果。
全文摘要
本發明公開一種汽車剎車主缸活塞表面質量機器視覺檢測裝置，主要包括光學成像裝置、機械傳動裝置和圖像處理裝置。本發明能實現自動完成活塞表面質量缺陷的快速檢測，每個工件的平均檢測時間可在3至4秒內完成；能對常見缺陷進行分類；能實現運動控制和圖像采集、分析一體化；能實現測量數據實時記錄，數據庫管理，測量歷史數據可以追溯；具備一整套控制和驅動系統，能在工件轉動過程中完成活塞表面圖像的動態采集；具備一套完整的檢測和控制軟件，能完成動態采集圖像的實時分析，給出表面質量的檢測結果。
文檔編號G01N21/89GK102890093SQ201210348279
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者許黎明, 羅睿, 楊子琦, 查體建, 解斌, 胡德金 申請人:上海交通大學