专利名称：机器视觉系统对弹簧节距的自动检测方法
技术领域：
本发明涉及利用机器视觉系统进行在线检测的技术领域，尤其涉及在弹簧生产现场，利用机器视觉系统对弹簧节距进行在线检测的方法。
背景技术：
常见的弹簧大多数都是等节距的，但是在一些特殊场合，需要使用两端节距不相等的弹簧，才能符合使用的要求。例如汽车、摩托车的气门弹簧，其两端的节距就是不一样的。弹簧节距的大小，可以是各个圈之间取成不同的节距，也可以几圈为一组取成不同的节距。之所以采用不等节距弹簧，是因为不等节距弹簧在受压后，在载荷达到一定程度时，随着载荷的增加，从小节距开始到大节距依次逐渐并紧，刚度也逐渐增大。节距不同，则震动频率不同，当一段弹簧震动频率达到共振频率时候，另一段可以起到减震的作用，有利于防止弹簧共振和颤振现象的发生。不等节距弹簧由于两端不对称，因此安装的时候具有方向性；如果安装发生颠倒， 会对设备的性能产生影响。因此，在流水作业的弹簧生产车间现场，需要对弹簧的节距进行在线检测，以确定弹簧的方向，并以约定俗成的形式在弹簧节距较大的一端或者弹簧节距较小的一端做上标识。现有技术中，对弹簧节距的在线检测依靠人工进行检测，在弹簧生产机旁设约80人进行弹簧节距的目测和判断处理，将放置方向相反的弹簧翻转，使所有弹簧的放置方向相同，然后在各个弹簧的同一端(弹簧节距大的一端或者弹簧节距小的一端)做上标记，如涂上油漆等。人工检测存在的缺点主要有生产车间现场灰尘多、噪声大，工人检测工作环境恶劣；正常人眼在不间断观测运动物体30min左右，即会眼花、眼胀等不适，检测人员无法长时间不间断工作，无法保证产品出厂合格率；弹簧节距检测是带数量精度的检测，人眼很难准确判断，误差大，出错机会很多，无法保证检测质量；专业人员观测弹簧节距的速度最高为0. 5个/s，对生产效率有极大限制。发明的内容
针对现有技术对弹簧节距的在线检测依靠人工进行检测，工人容易产生视觉疲劳，劳动强度大，无法保证产品合格率以及检测质量，检测速度低等问题，本发明提供一种机器视觉系统对弹簧节距的自动检测方法，其能大大降低工人的检测劳动强度，检测精度高、速度快，可以有效保证出厂产品的合格率。本发明的技术方案如下
一种机器视觉系统对弹簧节距的自动检测方法，包括以下步骤
(1)将拍摄相机固定在在线运行的弹簧检测圆盘的一端，采用高速弹簧进料振动料斗保证弹簧按设定方式和速度进入检测装置；根据待检测弹簧产品的尺寸大小，调整拍摄相机的光圈大小、曝光时间，以便获取清晰的拍摄图像；
(2)将弹簧节距设为检测参量，并根据用户要求设置所述检测参量的检测精度；
(3)计算机取得相机与生产进程同步的触发与控制信号，由外部触发与控制信号启动所述相机实时拍摄在线运行弹簧节距的图像，并将拍摄的图像传输至计算机供检测；
(4)计算机通过图像算法处理，提取弹簧节距的图像；
(5)计算机对所述弹簧节距进行计算与比较；该计算是分别获取从所述弹簧钢丝两端点起向内第3圈钢丝与第4圈钢丝之间的最远距离值作为节距值，比较上述两个节距值的大小；
(6)通过比较出的节距值大小判断弹簧的方向，自动化掉头，使所有弹簧节距较小端的朝向相同。其进一步的技术方案为对所述第(6)步，当使所有弹簧的朝向相同后，在各个弹簧的同一端做上标记。本发明的有益技术效果是
本发明采用机器视觉系统对弹簧节距进行在线检测，取代人工检测，具有自动判断弹簧的方向的功能，实现自动化掉头，使所有弹簧节距较小端的朝向相同，大大降低工人的检测劳动强度。人工检测速度一般为0. 5个/s，而机器视觉系统检测速度可达3、个/s，机器视觉系统的产品检测速度是人工的6、倍，极大提高了生产效率。人工检测由于环境和生理的原因，无法M小时不间断进行产品检测，而采用机器视觉系统检测则使其成为可能。设备的生产时间可最大限度地延长，提高了设备的利用率。人为检测由于通风差、视觉易疲劳，很难连续跟踪产品质量。检测正确率靠人工很难保证，非正常次品率一般在8 10%左右，造成了生产资源和生产成本的极大浪费；机器视觉系统的检测尺寸精度最高为0. Olmm,精度可每0. Olmm为一个梯度进行调整，设置为 0. 01,0. 02,0. 03,0. 04,0. 05mm等几个精度等级，从而大大提高产品合格率以及检测质量。
图1是不等节距弹簧的图像。图2是本发明的工艺步骤图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步说明。图1是从弹簧侧面拍摄并经过处理后的实际图像。在图1所示的拍摄图像中，所示线条为弹簧图像经过去噪软件处理后的轮廓图像。将西安方诚1300UM型工业相机固定在弹簧检测圆盘的两端，相机距弹簧侧面的距离为15cm，使用8mm C0MPUTAR镜头，光圈调到最大值，曝光时间调为0. 58ms。检测精度设置为0. 05mm。采用专用红色LED同轴光源，正上方照射，并使用半封闭遮挡金属框体，以便比较稳定地取得视觉图像，体现弹簧的明显特征。显示光源的电源为恒压恒流，为不具频变或高频变的稳定光源，以便能比较稳定地拍摄到清晰的图像，并显示于计算机的屏幕。采用高速弹簧进料振动料斗，保证弹簧按一定的方式和速度进入检测装置。计算机根据不同生产厂商所生产设备的不同控制系统，取得相机与生产进程同步的触发与控制信号，启动所述工业相机拍摄在线运行的弹簧侧面的图像，并将获取的弹簧侧面图像，贮存于计算机中。
计算机对所拍摄的图像通过边缘提取、平滑去噪、二值化处理、傅利叶变换等算法进行图像处理，使图像更清晰，更符合弹簧的真实情况。上述图像处理过程中所采用的算法均为现有技术中的常规算法。计算机对弹簧节距进行计算与比较。计算机分别获取从所述弹簧钢丝左端点起向内第3圈钢丝与第4圈钢丝最远端之间的距离值(图1中距离a)、以及从所述弹簧钢丝右端点起向内第3圈钢丝与第4圈钢丝最远端之间的距离值(图1中距离b)作为节距值，比较上述两个节距值a、b的大小。此处之所以取要取弹簧钢丝端点起向内第3圈钢丝与第4圈钢丝最远端之间的距离值，是因为弹簧钢丝端点处前2圈的节距值均较小，无法作为反映两端节距值大小关系的参考。而从第三个节距值开始则已具有参考性。如检测出节距值a为1. 50mm，节距值b为3. 50mm，节距值a <节距值b，则图1中弹簧的左端为弹簧节距较小端，其右端为弹簧节距较大端。若规定流水线上所有弹簧节距较小端均朝右，则进行自动掉头，使所有弹簧节距较小端的朝向相同。当使所有弹簧的朝向相同后，在各个弹簧的节距较小端做上标记(如涂上油漆)。以上所有实施例中使用的图像采集设备(相机、照射光源、电源、图像采集卡等)及存贮设备(硬盘、光盘、软盘等)、图像处理设备(图像处理器的硬件及软件)、图像显示设备 (硬件及软件)、报警装置以及上述各部分的控制系统(硬件及软件)皆采用已有技术设计制作或直接采用相关市售产品。以上所述的本发明的工艺步骤示于图2。最后需要注意的是，以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种机器视觉系统对弹簧节距的自动检测方法，其特征在于包括以下步骤(1)将拍摄相机固定在在线运行的弹簧检测圆盘的一端，采用高速弹簧进料振动料斗保证弹簧按设定方式和速度进入检测装置；根据待检测弹簧产品的尺寸大小，调整拍摄相机的光圈大小、曝光时间，以便获取清晰的拍摄图像；(2)将弹簧节距设为检测参量，并根据用户要求设置所述检测参量的检测精度；(3)计算机取得相机与生产进程同步的触发与控制信号，由外部触发与控制信号启动所述相机实时拍摄在线运行弹簧节距的图像，并将拍摄的图像传输至计算机供检测；(4)计算机通过图像算法处理，提取弹簧节距的图像；(5)计算机对所述弹簧节距进行计算与比较；该计算是分别获取从所述弹簧钢丝两端点起向内第3圈钢丝与第4圈钢丝之间的最远距离值作为节距值，比较上述两个节距值的大小；(6)通过比较出的节距值大小判断弹簧的方向，自动化掉头，使所有弹簧节距较小端的朝向相同。
2.根据权利要求1所述机器视觉系统对弹簧节距的自动检测方法，其特征在于对所述第(6)步，当使所有弹簧的朝向相同后，在各个弹簧的同一端做上标记。
全文摘要
本发明提供一种机器视觉系统对弹簧节距的自动检测方法，根据待检测弹簧产品的尺寸大小，调整拍摄相机的光圈大小、曝光时间；将弹簧节距设为检测参量，并根据用户要求设置所述检测参量的检测精度；由外部触发与控制信号启动所述相机实时拍摄在线运行弹簧侧面的图像，并将拍摄的图像传输至计算机供检测；计算机通过图像算法处理，提取弹簧节距的图像；计算机分别获取从所述弹簧钢丝两端点起向内第3圈钢丝与第4圈钢丝之间的最远距离值作为节距值，比较上述两个节距值的大小；通过比较出的节距值大小判断弹簧的方向，自动化掉头，使所有弹簧节距较小端的朝向相同。本发明对弹簧节距的检测精度高、速度快，可以有效保证产品的合格率。
文档编号G01B11/14GK102305595SQ20111010964
公开日2012年1月4日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者董仲伟 申请人:无锡众望四维科技有限公司