基于机器视觉的智能化柔性加工系统及检测系统的制作方法

本发明属于利用图像信息和软件的控制实现引导刀具或工件的精确进给运动，切削速度或位置的自动控制和调整领域，特别涉及一种基于机器视觉的智能化柔性加工系统及检测系统。

背景技术：

轮毂是机动车辆驱动系统的重要组成部分。轮毂装配质量的好坏直接影响到机动车辆的安全性能。目前轮毂加工主要由人工上下料，具体流程为：加工前准备：首先根据相应轮毂型号，由人工编好加工程序，操作工人根据要加工轮毂的型号调用相应的程序，配置好对应的型号所需要的工装，然后准备加工；用加工前产品手推车从上一工序处运来一车轮毂待加工。加工开始：先加工中心孔，将轮毂先放入一台数控机床中，先加工一面，待加工完成后，从数控机床中取出，测量加工尺寸是否合格，如果合格，则放入另一台数控机床中加工另一面，如果不合格，则按照测量结果在数控机床中调出补刀程序，进行补刀加工，如果补刀后仍然不合格，则放入到不良品手推车中。轮毂中心孔加工完毕之后再对安装孔和气门芯孔进行加工。该轮毂加工流程比较复杂，并轮毂加工质量受操作工人主观及客观方面的影响，无法实现稳定的生产量及加工质量；而且人工操作无法实现加工工序统一传输线的安排，只能采用传统的手推车方式，将轮毂送入到下一工序中并人工手动上下料，从而降低了整线加工效率及加工精度。为了解决上述技术问题，现有技术公开了一系列全自动加工系统，例如CN104015060公开的摩托车铝合金轮毂自动化机加工上下件方法及生产线，又如104015054公开的摩轮全自动粗加工方法及加工系统，以上加工系统都能够实现全自动化生产，加工精度高，并且提高生产效率，降低生产成本，但是以上加工系统在检测方面存在着一定的缺陷，由此，CN102950510公开了一种检测装置、柔性生产系统、柔性生产线和检测方法，该系统能够实现对位置度等参数的检测，但是该检测手段精度不高，影响了轮毂中心孔的加工，进而影响整个轮毂的质量。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于机器视觉的智能化柔性加工系统，该柔性加工系统自动识别轮毂型号后自动分配轮毂到对应加工单元，不但能够实现对轮毂的中心孔及端径面、安装孔和气门芯孔实行精准的加工，同时能够提高各孔的检测精度，尤其是中心孔合格率的检测，并且检测系统实现了对轮毂关键位置的跳动检测，并实时反馈到加工单元提高了整个轮毂的质量和稳定性。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供一种基于机器视觉的智能化柔性加工系统，该柔性加工系统包括识别单元、传输线控制单元、轮毂CNC自动加工单元、轮毂安装孔加工单元和轮毂气门芯孔加工单元，识别单元用于识别轮毂的型号，并发送给轮毂CNC自动加工单元、轮毂安装孔加工单元和轮毂气门芯孔加工单元，同时控制传输线控制单元将轮毂输送到预设的加工工位，轮毂CNC自动加工单元包括正面中心孔加工模块、反面中心孔加工模块、中心孔检测模块和中心孔质量分析模块，正面中心孔加工模块用于对输送到加工工位的轮毂正面进行加工形成正面中心孔，反面中心孔加工模块用于对经检测合格的正面中心孔的轮毂反面进行加工，形成反面中心孔；中心孔检测模块用于获取正面中心孔垂直度、反面中心孔垂直度及正面中心孔和反面中心孔的正反同轴度，并判断正面中心孔垂直度和反面中心孔垂直度、和正反同轴度与预设的垂直度阈值和同轴度阈值是否匹配；中心孔质量分析模块用于当中心孔检测模块判断正面中心孔垂直度与预设的垂直度阈值匹配时，控制反面中心孔加工模块对轮毂反面进行进一步加工，否则由传输线控制单元将轮毂输送到废品层，当中心孔检测模块判断反面中心孔垂直度和正反同轴度均分别与预设的垂直度阈值和同轴度阈值匹配时，控制轮毂安装孔加工单元或轮毂气门芯孔加工单元对轮毂进行进一步加工，否则由传输线控制单元将轮毂输送到废品层。

进一步的改进，轮毂CNC自动加工单元还包括自动补刀进给量统计模块和自动补刀修正模块，自动补刀进给量统计模块用于获取正面中心孔垂直度和反面中心孔垂直度分别与预设垂直度阈值的第一差值和第二差值，正毂同轴度、反毂同轴度及正反同轴度分别与预设同轴度阈值的第三差值、第四差值和第五差值，并根据各差值计算出正面中心孔的补刀进给量和反面中心孔的补刀进给量，依次通过自动补刀修正模块对正面中心孔或反面中心孔的自动补刀数据进行修正。

进一步的改进，柔性加工系统还包括定心控制单元，用于实现对正面中心孔加工模块、反面中心孔加工模块、轮毂安装孔加工单元加工后的轮毂进行定心。

进一步的改进，轮毂安装孔加工单元包括安装凸台打孔角度识别模块、安装凸台坐标计算模块、安装孔加工中心G代码自动生成模块和安装孔加工控制模块，安装凸台打孔角度识别模块用于识别安装凸台起始打孔角度；安装凸台坐标计算模块用于结合安装凸起起始打孔角度和轮毂型号计算安装凸台打孔坐标；所述安装孔加工中心G代码自动生成模块，用于接收来自于安装凸台坐标计算模块计算的安装凸台打孔坐标以及轮毂型号自动生成加工中心的G代码加工程序，并控制安装孔加工控制模块根据安装凸台打孔坐标对轮毂进行进一步加工，形成安装孔。

进一步的改进，轮毂气门芯孔加工单元包括气门芯凸台识别模块、气门芯凸台粗定位模块、气门芯凸台精定位模块、气门芯凸台定位判断模块、旋转定位机构控制模块和气门芯加工模块；气门芯凸台识别模块用于识别是否有气门芯凸台，如果识别到气门芯凸台，控制气门芯凸台粗定位模块获取气门芯凸台中心坐标X1，Y1；旋转定位机构控制模块用于根据气门芯凸台中心坐标X1，Y1进一步调整轮毂的旋转角度，使得气门芯凸台精定位模块进一步对轮毂进行精定位，气门芯凸台精定位模块用于根据气门芯凸台粗定位模块的定位结果并结合气门芯凸台轮廓特征对轮毂进行精定位，并获取气门芯凸台中心坐标X2，Y2；气门芯凸台定位判断模块用于判断气门芯凸台中心坐标X2，Y2是否与钻头轴心坐标匹配，如果气门芯凸台中心坐标X2，Y2与钻头轴心坐标匹配，控制气门芯加工模块对轮毂进行加工，形成气门芯孔，否则控制旋转定位机构控制模块对轮毂进行旋转，再经气门芯凸台精定位模块进行重新定位。

进一步的改进，气门芯凸台识别模块包括轮毂内侧图像获取子模块、凸台定位判断子模块和凸台定位分析子模块，轮毂内侧图像获取子模块用于获取当前轮毂内侧图像；凸台定位判断子模块用于对当前轮毂内侧图像进行预处理，提取当前气门芯凸台表面特征，将其与预存的气门芯凸台模板图像的表面特征进行比对，并判断两个气门芯凸台之间的匹配度；凸台定位分析子模块用于当匹配度大于预设阈值时，控制气门芯凸台粗定位模块获取气门芯凸台中心坐标X1，Y1，否则控制传输线控制单元将轮毂输送到下料区。

进一步的改进，轮毂气门芯孔加工单元还包括凸台厚度识别模块，用于获取凸台厚度，并根据凸台厚度控制气门芯加工模块对轮毂加工的进给量。

进一步的改进，识别单元包括图像获取模块、型号判断模块和型号识别分析模块，图像获取模块用于获取轮毂图像；型号判断模块用于提取轮毂图像中的表面特征，将其与预存的轮毂模板图像的表面特征进行比对，并判断两个轮毂之间的匹配度；型号识别分析模块用于当匹配度大于预设阈值时，控制传输线控制单元将轮毂输送到预设的加工工位，否则控制传输线控制单元将轮毂输送到下料区。

进一步的改进，柔性加工系统还包括压紧机构控制单元，用于实现对经过定心处理的轮毂进行压紧处理。

本发明另一方面提供一种基于机器视觉的智能化检测系统，其包括柔性加工系统、轮毂跳动检测单元和轮毂外观检测单元，所述轮毂跳动检测单元用于实现对轮毂的上下端跳、上下径跳和刹车鼓跳动进行检测，所述轮毂外观检测单元用于对轮毂的外观进行检测；优选地，所述所述智能化检测系统还包括所述报警单元，当所述识别单元、传输线控制单元、轮毂CNC自动加工单元、轮毂安装孔加工单元、轮毂气门芯孔加工单元、轮毂跳动检测单元和轮毂外观检测单元发生异常时发出报警信号。

本发明的有益效果：本发明提供的基于机器视觉的智能化柔性加工系统可实现轮毂的中心孔、安装孔和气门芯孔的全自动化加工控制，并且本发明通过对轮毂的正反面进行分别加工进而形成了轮毂的中心孔，并通过检测正面中心孔和反面中心孔的垂直度、同轴度来判断所加工的中心孔是否合格，有效地提高了中心孔加工的精确度，进而有效地提高了轮毂加工的质量和稳定性。

附图说明

图1为实施例1基于机器视觉的智能化柔性加工系统的结构框图；

图2为实施例2基于机器视觉的智能化柔性加工系统的结构框图；

图3为实施例3基于机器视觉的智能化柔性加工系统的结构框图；

图4为实施例4轮毂安装孔加工单元的结构框图；

图5为实施例5识别单元的结构框图；

图6为实施例6轮毂气门芯孔加工单元的结构框图；

图7为实施例7基于机器视觉的智能化柔性加工系统的结构框图；

图8为实施例8基于机器视觉的智能化柔性检测系统的结构框图。

具体实施方式

实施例1

一种基于机器视觉的智能化柔性加工系统，该柔性加工系统包括识别单元10、传输线控制单元20、轮毂CNC自动加工单元30、轮毂安装孔加工单元40和轮毂气门芯孔加工单元50，识别单元10用于识别轮毂的型号，并发送给轮毂CNC自动加工单元30、轮毂安装孔加工单元40和轮毂气门芯孔加工单元50，同时控制传输线控制单元20将轮毂输送到预设的加工工位，轮毂CNC自动加工单元30包括正面中心孔加工模块31、反面中心孔加工模块32、中心孔检测模块33和中心孔质量分析模块34，正面中心孔加工模块31用于对输送到加工工位的轮毂正面进行加工形成正面中心孔，反面中心孔加工模块32用于对经检测合格的正面中心孔的轮毂反面进行加工，形成反面中心孔；中心孔检测模块33用于获取正面中心孔垂直度、反面中心孔垂直度及正面中心孔和反面中心孔的正反同轴度，并判断正面中心孔垂直度和反面中心孔垂直度、和正反同轴度与预设的垂直度阈值和同轴度阈值是否匹配；中心孔质量分析模块34用于当中心孔检测模块33判断正面中心孔垂直度与预设的垂直度阈值匹配时，控制反面中心孔加工模块32对轮毂反面进行进一步加工，否则由传输线控制单元20将轮毂输送到废品层，当中心孔检测模块33判断反面中心孔垂直度、和正反同轴度均分别与预设的垂直度阈值和同轴度阈值匹配时，控制轮毂安装孔加工单元40或轮毂气门芯孔加工单元50对轮毂进行进一步加工，否则由传输线控制单元20将轮毂输送到废品层。正面中心孔垂直度垂直度的测量方法，从正面中心孔轴线的两边沿各取一点，测量该点与轮毂端面内侧的水平距离L1和L2，并计算两点水平距离之差即为正面中心孔垂直度，反面垂直度的测定方法，同正面垂直度，分别测量出水平距离L3和L4；正反同轴度的测量方法：计算出L1、L2分别与L3和L4的差值，然后再最大值差值与最小值差值之差即为正反同轴度。

本发明提供的基于机器视觉的智能化柔性加工系统采用基于机器视觉对轮毂的中心孔、安装孔和气门芯孔进行加工，轮毂由传输线控制单元根据型号识别的结果传送至相对应的加工工位，再分别通过各加工单元对轮毂的中心孔、安装孔和气门芯孔进行加工，当对中心孔进行加工后，还需要对加工的中心孔进行检测；加工合格的轮毂再由传输线控制单元输送到下一加工工位，自动送入下一工序中。本发明提供的柔性加工系统可实现全自动加工，并且本发明对中心孔的检测主要是利用正面中心孔、反面中心孔及各同轴度之间是否符合预设的阈值来判断轮毂中心孔加工是否合格，与现有技术中只检测中心孔的内径尺寸相比，明显提供了整个中心孔检测的精度，进而提高了中心孔加工的准确度。

实施例2

一种基于机器视觉的智能化柔性加工系统，该柔性加工系统与实施例1的区别在于，如图2所示，轮毂CNC自动加工单元30还包括自动补刀进给量统计模块35和自动补刀修正模块36，自动补刀进给量统计模块35用于获取正面中心孔垂直度和反面中心孔垂直度分别与预设垂直度阈值的第一差值和第二差值，正毂同轴度、反毂同轴度及正反同轴度分别与预设同轴度阈值的第三差值、第四差值和第五差值，并根据各差值计算出正面中心孔的补刀进给量和反面中心孔的补刀进给量，依次通过自动补刀修正模块36对正面中心孔或反面中心孔的自动补刀数据进行修正。本发明通过测量各垂直度和同轴度与预设垂直度阈值和同轴度阈值的差值，来修正补刀数据，这样能够更加准确地修正补刀量，提高了对不合格中心孔修补的准确度和精密度，降低了不合格轮毂的产率，进而节省了资源，也提高了对不合格轮毂的二次利用率。

实施例3

一种基于机器视觉的智能化柔性加工系统，该柔性加工系统与实施例1的区别在于，如图3所示，柔性加工系统还包括定心控制单元60，用于实现对正面中心孔加工模块31、反面中心孔加工模块32、轮毂安装孔加工单元40加工后的轮毂进行定心。

如图3所示，柔性加工系统还包括压紧机构控制单元70，用于实现对经过定心处理的轮毂进行压紧处理。

通过引入定心控制单元和压紧机构控制单元可进一步提高对轮毂中心孔、安装孔和气门芯孔的加工效率和精度。

实施例4

一种基于机器视觉的智能化柔性加工系统，该柔性加工系统与实施例1的区别在于，如图4所示，轮毂安装孔加工单元40包括安装凸台打孔角度识别模块41、安装凸台坐标计算模块42、安装孔加工中心G代码自动生成模块44和安装孔加工控制模块43，安装凸台打孔角度识别模块41用于识别安装凸台起始打孔角度；安装凸台坐标计算模块42用于结合安装凸起起始打孔角度和轮毂型号计算安装凸台打孔坐标；所述安装孔加工中心G代码自动生成模块44，用于接收来自于安装凸台坐标计算模块42计算的安装凸台打孔坐标以及轮毂型号自动生成加工中心的G代码加工程序，并控制安装孔加工控制模块43根据安装凸台打孔坐标对轮毂进行进一步加工，形成安装孔。

本发明通过的轮毂安装孔加工单元能够准确地识别安装凸台起始打孔角度，并根据安装凸台起始打孔角度计算安装凸台打孔坐标，从而有效地提高了安装孔的打孔精度，使得打孔精度达到99％以上。

实施例5

一种基于机器视觉的智能化柔性加工系统，该柔性加工系统与实施例1的区别在于，如图5所示，识别单元10包括图像获取模块11、型号判断模块12和型号识别分析模块13，图像获取模块11用于获取轮毂图像；型号判断模块12用于提取轮毂图像中的表面特征，将其与预存的轮毂模板图像的表面特征进行比对，并判断两个轮毂之间的匹配度；型号识别分析模块13用于当匹配度大于预设阈值时，控制传输线控制单元20将轮毂输送到预设的加工工位，否则控制传输线控制单元20将轮毂输送到下料区。本发明提供的型号识别单元主要依据是提取轮毂图像表面特征，与模板库中的所有轮毂模板图像进行比对，并找到匹配度最像的一个型号，如果匹配度大于设定阈值，则认为当前轮毂为该型号轮毂，否则，型号识别失败，认为当前型号库中没有与该轮毂匹配的型号。该型号识别单元能够准确地识别轮毂型号，为后续的针对各型号进行不同的加工进给等操作提供数据支持。

实施例6

一种基于机器视觉的智能化柔性加工系统，该柔性加工系统与实施例1的区别在于，如图6所示，轮毂气门芯孔加工单元50包括气门芯凸台识别模块51、气门芯凸台粗定位模块52、气门芯凸台精定位模块53、气门芯凸台定位判断模块54、旋转定位机构控制模块55、气门芯加工模块56和凸台厚度识别模块57；气门芯凸台识别模块51用于识别是否有气门芯凸台，如果识别到气门芯凸台，控制气门芯凸台粗定位模块52获取气门芯凸台中心坐标X1，Y1；旋转定位机构控制模块55用于根据气门芯凸台中心坐标X1，Y1进一步调整轮毂的旋转角度，使得气门芯凸台精定位模块53进一步对轮毂进行精定位，气门芯凸台精定位模块53用于根据气门芯凸台粗定位模块52的定位结果并结合气门芯凸台轮廓特征对轮毂进行精定位，并获取气门芯凸台中心坐标X2，Y2；气门芯凸台定位判断模块54用于判断气门芯凸台中心坐标X2，Y2是否与钻头轴心坐标匹配，如果气门芯凸台中心坐标X2，Y2与钻头轴心坐标匹配，控制气门芯加工模块56对轮毂进行加工，形成气门芯孔，否则控制旋转定位机构控制模块55对轮毂进行旋转，再经气门芯凸台精定位模块53进行重新定位；凸台厚度识别模块57用于获取凸台厚度，并根据凸台厚度控制气门芯加工模块56对轮毂加工的进给量。

本发明提供的气门芯孔加工单元能够通过对气门芯凸台进行识别，然后对识别的，其针对圆周360°采集的图像，进行气门芯凸台的搜索，找到目标则进行下一步粗定位，获取气门芯凸台中心坐标，然后调整转台角度，采集当前一副图像，根据粗定位的结果，基于凸台轮廓特征进行精定位，再获取更准确的气门芯凸台中心坐标，并与钻头轴心坐标进行匹配，如果匹配一致，可进行加工，如果匹配不一致，继续控制转台选择，从新对气门芯凸台进行精定位，直至找到与钻头轴心坐标匹配的气门芯凸台中心坐标，以上操作提高了气门芯孔加工的精度和准度，降低了不合格品发生的几率。并且通过计算气门芯孔凸台的厚度来控制加工的进给量也进一步提高了加工的精度。

如图6所示，气门芯凸台识别模块51包括轮毂内侧图像获取子模块511、凸台定位判断子模块512和凸台定位分析子模块513，轮毂内侧图像获取子模块511用于获取当前轮毂内侧图像；凸台定位判断子模块512用于对当前轮毂内侧图像进行预处理，提取当前气门芯凸台表面特征，将其与预存的气门芯凸台模板图像的表面特征进行比对，并判断两个气门芯凸台之间的匹配度；凸台定位分析子模块513用于当匹配度大于预设阈值时，控制气门芯凸台粗定位模块52获取气门芯凸台中心坐标X1，Y1，否则控制传输线控制单元20将轮毂输送到下料区。

通过气门芯凸台识别模块对凸台进行识别提供了识别的准确定，降低无操作的风险。

实施例7

一种基于机器视觉的智能化柔性加工系统，该柔性加工系统与实施例2的区别在于，如图7所示，轮毂CNC自动加工单元30还包括中心孔尺寸检测模块37、中心孔尺寸分析模块38和中心孔尺寸修正模块39，中心孔尺寸检测模块37用于获取正面中心孔和反面中心孔的加工尺寸，并判断获得的加工尺寸与预设的尺寸阈值是否匹配；所述中心孔尺寸分析模块38用于当中心孔尺寸检测模块37判断正面中心孔或反面中心孔的加工尺寸大于预设的尺寸阈值时，向中心孔尺寸修正模块39发送对正面中心孔或反面中心孔的尺寸补刀数据进行修正的指令，当中心孔尺寸检测模块37判断正面中心孔或反面中心孔的加工尺寸小于预设的尺寸阈值时，向中心孔检测模块33发送获取数据的指令，中心孔尺寸修正模块39用于对正面中心孔或反面中心孔的尺寸补刀数据进行修正，修正后向中心孔尺寸检测模块37发送获取数据的指令。

本发明进一步通过检测正面中心孔和反面中心孔的尺寸来进行粗判断所加工的孔是否符合要求，如果不符合要求，先进行尺寸补刀修订，如果符合要求，再发送获取垂直度和同轴度的指令，然后进一步判断同轴度和垂直度是否符合要求，如果不符合要求再根据同轴度或垂直度与预设值进行比较，根据比较结果进行补刀数据的修正，依次提高了加工的精度和准度，提高了补刀的效果。

实施例8

一种基于机器视觉的智能化柔性检测系统，如图8所示，包括实施例1的柔性加工单元，该检测系统还包括报警单元80、轮毂跳动检测单元90和轮毂外观检测单元100，所述轮毂跳动检测单元90用于实现对轮毂的上下端跳、上下径跳和刹车鼓跳动进行检测，所述轮毂外观检测单元100用于对轮毂的外观进行检测，所述报警单元80当所述识别单元10、传输线控制单元20、轮毂CNC自动加工单元30、轮毂安装孔加工单元40、轮毂气门芯孔加工单元50、轮毂跳动检测单元90和轮毂外观检测单元100发生异常时发出报警信号。

本发明还提供一种智能化检测系统，可实现轮毂5个位置的跳动检测，包括上下端跳、上下径跳、刹车鼓跳动及外观的检测，代替人工检测的方式。本套检测系统检测的参数更加全面准确，提高了轮毂的质量。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。