一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统及其检测方法与流程

本发明涉及汽车零部件装配领域，尤其是涉及一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统及其检测方法。

背景技术：

装配间隙是指工件进行装配时，工件与工件之间的间隙，正常的工件为了满足装配要求，对工件进行加工时加入了合适的公差，但是由于加工精度和检测的原因，有时工件的装配并不能满足产品外观和使用性能的要求。因此，我们需要对装配后的工件间的间隙进行检测，使其不影响产品外观和使用性能。

传统的间隙检测主要采用手动测量，测量工具有：卡尺、块规、塞规、塞尺、针规和激光。上述测量方法存在以下缺陷：①无法保证产品全方位100％检测；②无法保证产品100％检测；③无法测量其实际值的大小；④无法统计过程能力。

随着光电转换器件ccd(couplechargeddevice)技术的不断发展和图像处理技术的不断成熟，光电检测方法已经越来越被人们所重视。由于ccd器件自身所具有的轻便、高精度、宽动态范围和易于配置等优点，使得基于ccd成像的检测方法成为当前研究的主流。目前在木材、钢带表面检测，零件尺寸检测等检测中已经广泛采用了自动化的检测技术，但是对于微小零件的装配检测还处于起步阶段。

汽车零部件的装配不仅是将零件简单组合，而是优化组合、控制、检查三方面的完美组合。因此，有必要对装配间隙的检测必须采用数字化装配手段量化进行控制，实现效率提升。

技术实现要素：

针对以上技术问题，本发明的目的在于突破现有检测方法的不足，提供了一种基于机器视觉的装配间隙检测系统及其检测方法，基于ccd图像识别技术实现装配间隙距离自动检测，使汽车部件的装配间隙距离工序实现自动化，以替代目前企业普遍采用人工检测的方法，提高检测精度和效率，同时，使缺陷识别率、不合格产品的去除率显著提高，提高出厂产品的总体质量。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于机器视觉的装配间隙检测系统，包括传送系统、图像采集系统、中央控制系统和分拣系统，其中，所述的传送系统和图像采集系统相连，中央控制系统包括图像处理单元、控制单元、储存单元，图像采集系统和图像处理单元相连，控制单元和传送系统、分拣系统相连。

一种基于机器视觉的装配间隙距离检测方法，利用上述系统进行其具体检测步骤为：

1)图像数据采集；

通过自动传送系统将待检装配的零部件放置于图像采集系统，图像采集系统利用ccd摄像头对零部件图像进行抓取，并将采集到的图像通过图像采集卡传输到对应的图像处理模块中。

2)图像信息预处理；

图像处理单元对传来的图像数据进行预处理，预处理包括图像滤波去噪和图像二值化处理。

3)装配间隙距离检测识别；

在步骤3)装配间隙距离检测识别时，图像处理单元对零部件的装配间隙进行测量，计算装配间隙的实际距离。

4)反馈筛选

图像处理模块对检测结果进行分析，各图像处理模块将分析结果进行反馈给计算机控制模块，计算机控制模块控制存储模块进行结果存储，并控制分拣系统进行筛选，筛选出0.2mm＜装配间隙＜1.4mm的零件。

本发明的有益效果：

本发明基于机器视觉检测技术，提出一种装配间隙距离检测系统及其检测方法，基于ccd图像识别技术实现装配间隙距离自动检测，使汽车部件的装配间隙距离工序实现自动化，以替代目前企业普遍采用人工检测的方法，提高检测精度和效率，同时，使缺陷识别率、不合格产品的去除率显著提高，提高出厂产品的总体质量。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的结构框图；

图中：1-三色指示灯、2-遮蔽空间、3-出料口传感器、4-产品、5-传送带、6-传递链条、7-电机、8-不良品阻挡气缸、9-不良品顶升气缸、10-拍照阻挡气缸、11-夹紧气缸、12-拍照顶升气缸、13-控制箱、14-进料口阻挡气缸、15-进料口传感器、16-拍照位置传感器、17-拍照系统、18-显示屏、19-光照系统、20-升降台、21-成品置放区、22-不良品推料气缸、23-不良品置放区、24-分拣区、25-图像采集区、26-上料区。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，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。

一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统，包括传送系统、图像采集系统、中央控制系统和分拣系统，其中，所述的传送系统和图像采集系统相连，中央控制系统包括图像处理单元、控制单元、储存单元，图像采集系统和图像处理单元相连，控制单元和传送系统、分拣系统、图像采集系统相连。

作为优选，进一步，所述的传送系统的结构主要包括传送电机、传送带、传递链条，传送带通过传递链条与传送电机相连，传送带分为上料区、图像采集区、分拣区、成品置放区、不良品置放区。

作为优选，进一步，所述的图像采集系统设置在图像采集区，其主要包括进料口传感器、进料口阻挡气缸、遮蔽空间、出料口传感器、拍照阻挡气缸、夹紧气缸、拍照顶升气缸、拍照系统、三色指示灯、显示屏；其中，遮蔽空间为封闭式空间，内部设有拍照系统，遮蔽空间正下方设有与拍照顶升气缸相连的夹持装置，夹持装置由夹紧气缸控制,夹持装置两侧有拍照位置传感器，左侧有拍照阻挡气缸，遮蔽空间的进料方向设有进料口传感器、进料口阻挡气缸，三色指示灯、显示屏设置在遮蔽空间外部。

作为优选，进一步，所述的中央控制系统中央控制系统主要包括控制箱，其分为图像处理单元、控制单元、储存单元，其中图像采集系统和图像处理单元相连，控制单元对传送系统、分拣系统、图像采集系统中的气缸进行控制。

作为优选，进一步，所述的分拣系统设置在传送带的分拣区，与成品置放区、不良品置放区相连，分拣系统主要包括出料口传感器、不良品阻挡气缸、不良品顶升气缸、不良品推料气缸，出料口传感器设置在遮蔽空间的出料口方向。

一种基于机器视觉的装配间隙距离检测方法，利用上述系统进行其具体检测步骤为：

1)图像数据采集；

通过自动传送系统将待检装配的零部件放置于图像采集系统，图像采集系统利用摄像头对零部件图像进行抓取，并将采集到的图像通过图像采集卡传输到对应的图像处理模块中。

2)图像信息预处理；

图像处理单元对传来的图像数据进行预处理，预处理包括图像滤波去噪和图像二值化处理。

3)装配间隙距离检测识别；

在步骤3)装配间隙距离检测识别时，图像处理单元对零部件的装配间隙进行测量，计算装配间隙的实际距离。

计算装配间隙的实际距离的具体步骤为：

在测量坐标系下，利用极坐标测量原理,在工件圆周方向等间隔4点或若干点处采集工件端面的图像或者工件组合间隙的图像,然后通过图像处理,测量出每个点的跳动值z1，通过将(ri，θi，zi)转换为直角坐标值(xi，yi，zi)，i＝1,2,...n,其中：

xi＝ri×cos(θi)；

yi＝ri×sin(θi)；

通过数据拟合,计算出工件端面的最小二乘平面z＝ax+by+c,其中参数:

a＝∑xizi,∑xi²

b＝∑yizi,∑yi²

c＝∑zi/n

假设被测量工件的端面与调整机构所在的平面近似平行的前提下,根据调整机构的结构参数,即两个调整点a、b和固定点c距离工件回转中心的半径r及其在测量坐标系下的角度α、β和γ,建立测量坐标系,计算出各个调整点a和b、固定点c在z方向的坐标值wl、w2和w0：

w1＝a×r×cos(α)+b×r×sin(α)+c；

w2＝a×r×cos(β)+b×r×sin(β)+c；

w0＝a×r×cos(γ)+b×r×sin(γ)+c；

然后根据测量坐标系于机床坐标系之间的转换关系,便可以求出发送给控制系统调整机构的反馈调整量△w1、△w2，同样原理可以测量工件在各个位置的间隙值。

4)反馈筛选

图像处理模块对检测结果进行分析，各图像处理模块将分析结果进行反馈给计算机控制模块，计算机控制模块控制存储模块进行结果存储，并控制分拣系统进行筛选，筛选出0.2mm＜装配间隙＜1.4mm的零件。

本发明的工作过程：

开机---电机转动---传动链条转动---传送带转动---零件放置在上料区---进料口感应器感应到零件(进料口阻挡气缸升起)---拍照位置传感器感应到零件---拍照顶升气缸升起---拍照电机转动：

当拍照系统拍照检测ok(拍照阻挡气缸退回)---拍照顶升气缸退回---出料口感应器感应(进料口阻挡气缸退回，拍照阻挡气缸升起)---产品流入良品放置区

当拍照系统拍照检测ng(拍照阻挡气缸退回,不良品阻挡气缸升起)---拍照顶升气缸退回---出料口感应器感应(进料口阻挡气缸退回，拍照阻挡气缸升起)---不良品顶升气缸升起---不良品推料气缸将不良品推入不良品待置区---不良品推料气缸退回(不良品顶升气缸退回，不良品阻挡气缸退回)

实施例1

一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统，包括传送系统、图像采集系统、中央控制系统和分拣系统，其中，所述的传送系统和图像采集系统相连，中央控制系统包括图像处理单元、控制单元、储存单元，图像采集系统和图像处理单元相连，控制单元和传送系统、分拣系统、图像采集系统相连。

利用上述系统进行其具体检测步骤为：

1)图像数据采集；

通过自动传送系统将待检装配的零部件放置于图像采集系统，图像采集系统利用ccd摄像头对零部件图像进行抓取，并将采集到的图像通过图像采集卡传输到对应的图像处理模块中。

2)图像信息预处理；

图像处理单元对传来的图像数据进行预处理，预处理包括图像滤波去噪和图像二值化处理。

3)装配间隙距离检测识别；

图像处理单元对零部件的装配间隙进行分析和模板匹配，装配间隙计算距离。

4)反馈筛选

图像处理模块对检测结果进行分析，各图像处理模块将分析结果进行反馈给计算机控制模块，计算机控制模块控制存储模块进行结果存储，并控制分拣系统进行筛选，筛选出0.2mm＜装配间隙＜1.4mm的零件。

实施例2

一种基于机器视觉的装配间隙距离检测系统，包括传送系统、图像采集系统、中央控制系统和分拣系统，其中，所述的传送系统和图像采集系统相连，中央控制系统包括图像处理单元、控制单元、储存单元，图像采集系统和图像处理单元相连，控制单元和传送系统、分拣系统、图像采集系统相连，传送系统的结构主要包括传送电机、传送带、传递链条，传送带通过传递链条与传送电机相连，传送带分为上料区、图像采集区、分拣区、成品置放区、不良品置放区，图像采集系统设置在图像采集区，其主要包括进料口传感器、进料口阻挡气缸、遮蔽空间、出料口传感器、拍照阻挡气缸、夹紧气缸、拍照顶升气缸、拍照系统、三色指示灯、显示屏，其中，遮蔽空间为封闭式空间，内部设有拍照系统，遮蔽空间正下方设有与拍照顶升气缸相连的夹持装置，夹持装置由夹紧气缸控制,夹持装置两侧有拍照位置传感器，左侧有拍照阻挡气缸。遮蔽空间的进料方向设有进料口传感器、进料口阻挡气缸，三色指示灯、显示屏设置在遮蔽空间外部。中央控制系统中央控制系统主要包括控制箱，其分为图像处理单元、控制单元、储存单元，其中图像采集系统和图像处理单元相连，控制单元对传送系统、分拣系统、图像采集系统中的气缸进行控制，分拣系统设置在传送带的分拣区，与成品置放区、不良品置放区相连，分拣系统主要包括出料口传感器、不良品阻挡气缸、不良品顶升气缸、不良品推料气缸，出料口传感器设置在遮蔽空间的出料口方向，其具体工作过程为：

开机---电机转动---传动链条转动---传送带转动---零件放置在上料区---进料口感应器感应到零件(进料口阻挡气缸升起)---拍照位置传感器感应到零件---拍照顶升气缸升起---拍照电机转动：

当拍照系统拍照检测ok(拍照阻挡气缸退回)---拍照顶升气缸退回---出料口感应器感应(进料口阻挡气缸退回，拍照阻挡气缸升起)---产品流入良品放置区

当拍照系统拍照检测ng(拍照阻挡气缸退回,不良品阻挡气缸升起)---拍照顶升气缸退回---出料口感应器感应(进料口阻挡气缸退回，拍照阻挡气缸升起)---不良品顶升气缸升起---不良品推料气缸将不良品推入不良品待置区---不良品推料气缸退回(不良品顶升气缸退回，不良品阻挡气缸退回)

利用上述系统进行其具体检测步骤为：

1)图像数据采集；

通过自动传送系统将待检装配的零部件放置于图像采集系统，图像采集系统利用ccd摄像头对零部件图像进行抓取，并将采集到的图像通过图像采集卡传输到对应的图像处理模块中。

2)图像信息预处理；

图像处理单元对传来的图像数据进行预处理，预处理包括图像滤波去噪和图像二值化处理。

3)装配间隙距离检测识别；

在步骤3)装配间隙距离检测识别时，图像处理单元对零部件的装配间隙进行测量，计算装配间隙的实际距离。

计算装配间隙的实际距离的具体步骤为：

在测量坐标系下，利用极坐标测量原理,在工件圆周方向等间隔4点或若干点处采集工件端面的图像或者工件组合间隙的图像,然后通过图像处理,测量出每个点的跳动值z1，通过将(ri，θi，zi)转换为直角坐标值(xi，yi，zi)，i＝1,2,...n,其中：

xi＝ri×cos(θi)；

yi＝ri×sin(θi)；

通过数据拟合,计算出工件端面的最小二乘平面z＝ax+by+c,其中参数:

a＝∑xizi,∑xi²

b＝∑yizi,∑yi²

c＝∑zi/n

假设被测量工件的端面与调整机构所在的平面近似平行的前提下,根据调整机构的结构参数,即两个调整点a、b和固定点c距离工件回转中心的半径r及其在测量坐标系下的角度α、β和γ,建立测量坐标系,计算出各个调整点a和b、固定点c在z方向的坐标值wl、w2和w0：

w1＝a×r×cos(α)+b×r×sin(α)+c；

w2＝a×r×cos(β)+b×r×sin(β)+c；

w0＝a×r×cos(γ)+b×r×sin(γ)+c；

然后根据测量坐标系于机床坐标系之间的转换关系,便可以求出发送给控制系统调整机构的反馈调整量△w1、△w2，同样原理可以测量工件在各个位置的间隙值。

4)反馈筛选

图像处理模块对检测结果进行分析，各图像处理模块将分析结果进行反馈给计算机控制模块，计算机控制模块控制存储模块进行结果存储，并控制分拣系统进行筛选，筛选出0.2mm＜装配间隙＜1.4mm的零件。

本发明基于机器视觉检测技术，提出一种装配间隙距离检测系统及其检测方法，基于ccd图像识别技术实现装配间隙距离自动检测，使汽车部件的装配间隙距离工序实现自动化，以替代目前企业普遍采用人工检测的方法，提高检测精度和效率，同时，使缺陷识别率、不合格产品的去除率显著提高，提高出厂产品的总体质量。

最终，以上实施例和附图仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。