一种发动机气门的机器视觉在线检测系统和方法与流程

本发明涉及发动机气门检测领域，特别涉及一种发动机气门的机器视觉在线检测系统和方法。

背景技术：

随着汽车行业的蓬勃发展，客户对汽车的认知及要求越来越高。除外观、造型等因素外，汽车的品质越来越体现在安全、启动力、操控等地方。发动机气门是汽车发动机关键部件之一，气门的质量直接关系到汽车的安全、发动力水平与汽车整体质量，而发动机气门的好坏直接影响到汽车发动机的性能及汽车发动机的使用寿命。传统的发动机气门小端面和尺寸检测方式都是釆用人工检测,由于汽车发动机气门小端面很小，工人在检测时容易漏检并且工人在检测过程中可能会对工件表面造成一定划伤，且工作环境差对人体不好。故而人工检测方式，严重不适应现代高速自动化的生产线的检测要求。

在众多型号的发动机气门产品质量的因素中，其小端面缺陷和尺寸检测占重要地位。小端面缺陷和尺寸检测是发动机气门质量一致性检验时必须对交货产品100％逐个检测的首项目，也是保证其他试验项目合格的基础。目前我国对发动机气门外观的测量，仍大多使用传统的人工检测方法，效率低，无法适应近年来飞速发展的行业需求。

机器视觉是近年来飞速发展的一种新的测量手段，被应用到各种工业生产中。采用机器视觉检测可以在很大程度上提高生产效率和生产的自动化水平，且机器视觉能够实现信息集成化，是计算机集成制造的基础技术。近年来，随着机器视觉技术的不断发展，尤其是随着小型化、复杂化的零件的出现和应用，一些用于IT行业微电子检测的机器视觉检测技术，正逐步用于生产线的工艺在线检测。例如线缆姿态校正平台，在基于机器视觉技术中图像颜色识别的前提下，实现了全自动线缆位姿的自动矫正，目前该产品已经在公牛插排的生产中发挥着重要作用。

然而，尽管近年来国内外研究工作者已就机器视觉在汽车零部件产品检测中的应用作了相关研究，但主要集中于对汽车大型零部件的尺寸研究，而关于汽车发动机气门表面缺陷和尺寸在线机器视觉检测鲜少报道。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种发动机气门的机器视觉在线检测系统和方法，可以避免了人工检测的低效率，高成本及高漏检率，可实现对多种型号的发动机气门缺陷的在线检测

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种发动机气门的机器视觉在线检测系统，包括输送部分、传感定位部分、视觉检测部分和控制系统；所述输送部分包括人工上料机构、产品错位机构、夹取旋转机构、产品夹取与排出机构和滚珠丝杠运动平台；所述人工上料机构与所述产品错位机构相连；所述产品错位机构包括气缸和承载台，所述承载台设有上料位A和旋转位B；所述气缸固定安装在承载台，通过所述气缸将所述承载台上的发动机气门从A推向B；所述夹取旋转机构包括气动夹爪和90度旋转气缸，所述气动夹爪和90度旋转气缸集成一体，通过气动控制夹取旋转机构实现90度旋转和夹爪动作；所述滚珠丝杠运动平台包括伺服电机、联轴器、减速电机、滚珠丝杠和移动平台；所述伺服电机通过联轴器与减速电机连接，所述减速电机输出端与滚珠丝杠连接；所述滚珠丝杠上安装有移动平台；所述夹取旋转机构固定安装在所述移动平台上；所述滚珠丝杠运动平台放置在所述承载台的旋转位B的一侧，通过所述夹取旋转机构装夹旋转位B处的发动机气门；所述产品夹取与排出机构包括机械手臂和旋转台，所述机械手臂放置在旋转台上，所述旋转台固定在所述滚珠丝杠运动平台输送方向的末端；所述传感定位部分包括上料位光电感应器、旋转位电感应器、排出位光电感应器和若干检测传感器；所述上料位光电感应器固定在所述承载台上料位A处，用来检测所述承载台上料位A处是否有发动机气门；所述旋转位电感应器固定在所述承载台旋转位B，用来检测所述承载台旋转位B是否有发动机气门；若干所述检测传感器固定在所述滚珠丝杠运动平台一侧，用来检测发动机气门在所述滚珠丝杠运动平台的位置；所述排出位光电感应器固定在所述滚珠丝杠运动平台输送方向的末端，用于触发所述产品夹取与排出机构夹取发动机气门；所述视觉检测部分包括若干工业相机和计算机，若干所述工业相机固定在相机支架上，所述相机支架安装在所述滚珠丝杠运动平台一侧，且使得若干所述工业相机与若干所述检测传感器面对面；所述计算机与若干工业相机连接，用于图像采集、图像预处理、零件几何特征提取和计算；所述控制系统与所述输送部分、所述传感定位部分和所述计算机连接，用以控制所述输送部分、所述传感定位部分和所述视觉检测部分的动作。

进一步，所述视觉检测部分还包括若干光源，若干个所述光源安装在若干所述工业相机上，且一一对应。

进一步，所述工业相机数量为4个，分别为第一工业相机、第二工业相机、第三工业相机和第四工业相机；所述第一工业相机采集发动机气门小端面图像；所述第二工业相机采集发动机气门整体图像；所述第三工业相机采集发动机气门头图像；所述第四工业相机采集发动机气门杆图像。

进一步，所述检测传感器的数量为4个，分别是第一光电感应器、第二光电感应器、第三光电感应器和第四光电感应器。

一种发动机气门的机器视觉在线检测方法，其特征在于，包括下面步骤：

S01：对若干相机进行标定获取内外参数，校正镜头畸变；

S02：利用标定块确定物理尺寸和像素间的换算关系，以及确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像对应点之间的相互关系；

S03：发动机气门由人工上料，到达承载台的上料位A，当上料位光电感应器感应到信号，控制系统控制产品错位机构将所述承载台上的发动机气门从上料位A推向旋转位B；

S04：旋转位电感应器感应到旋转位B的发动机气门，控制系统控制夹取旋转机构夹取发动机气门；

S05：控制系统控制所述滚珠丝杠运动平台运动，发动机气门依次通过若干检测传感器，并触发若干工业相机拍照；通过所述计算机图像采集、图像预处理、零件几何特征提取判断发动机气门是否合格；

S06：当排出位光电感应器感应到发动机气门，控制系统控制所述滚珠丝杠运动平台停止运动，并控制所述产品夹取与排出机构夹取零件；当S05步骤判断发动机气门合格，则控制系统控制所述产品夹取与排出机构将发动机气门放置合格区；当当S05步骤判断发动机气门不合格，则控制系统控制所述产品夹取与排出机构将发动机气门放置不合格区。

进一步，所述S05包括如下步骤：

S05.1：控制系统控制所述滚珠丝杠运动平台运动，当夹取旋转机构夹持发动机气门到达第一个检测工位时，第一光电感应器感应到来料后，控制第一工业相机进行发动机气门小端面图像的采集；对采集的图像校正，并灰度处理提取特征参数，建立判别函数，判断发动机气门小端面是否合格；

S05.2：当发动机气门小端面判断不合格，则控制系统控制所述滚珠丝杠运动平台直接运动至排出位光电感应器位置，转到S06步骤；

S05.3：当发动机气门小端面判断合格，且第二光电感应器感应来料后，控制系统控制所述夹取旋转机构的90度旋转气缸顺时针旋转90度，并控制第二工业相机延时5秒进行发动机气门整体图像的采集；对采集的发动机气门整体尺寸图像进行去噪、二值化和形态学处理等图像处理，对处理后的图像特征选取，利用标定块确定物理尺寸和像素尺寸的换算关系，得出测量尺寸，将测量得出的数据与预先设定值作对比，判断发动机气门整体尺寸是否合格；

S05.4：当发动机气门整体尺寸判断不合格，则控制系统控制所述滚珠丝杠运动平台直接运动至排出位光电感应器位置，转到S06步骤；

S05.5：当发动机气门整体尺寸判断合格，且第三光电感应器感应来料后，控制系统控制第三工业相机延时2进行发动机气门头图像的采集；采集的发动机气门头尺寸图像进行去噪、二值化和形态学处理等图像处理，对处理后的图像特征选取，利用标定块确定物理尺寸和像素尺寸的换算关系，得出测量尺寸，将测量得出的数据与预先设定值作对比，判断发动机气门头尺寸是否合格；

S05.6：当发动机气门头尺寸判断不合格，则控制系统控制所述滚珠丝杠运动平台直接运动至排出位光电感应器位置，转到S06步骤；

S05.7：当发动机气门头尺寸判断合格，且当第四光电感应器感应来料后，控制系统控制第四工业相机延时1秒进行发动机气门杆图像的采集；对采集的发动机气门杆尺寸图像进行去噪、二值化和形态学处理等图像处理，对处理后的图像特征选取，利用标定块确定物理尺寸和像素尺寸的换算关系，得出测量尺寸，将测量得出的数据与预先设定值作对比，判断发动机气门杆尺寸是否合格。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的发动机气门的机器视觉在线检测系统和方法，实现汽车发动机气门的在线检测，避免了人工检测的低效率，高成本及高漏检率。

2.本发明所述的发动机气门的机器视觉在线检测系统和方法，具有摩擦小，传动效率高的特点，能够使待检测的发动机气门在各个检测位置准确停留、拍照，提高了视觉系统获取图像的位姿精度。

3.本发明所述的发动机气门的机器视觉在线检测系统和方法，可以在一个检测流程中完成对发动机气门不同位姿的视觉检测，提高了检测效率。

4.本发明所述的发动机气门的机器视觉在线检测系统和方法，可实现对多种型号的发动机气门缺陷的在线检测，工作效率高，可操作性强，适应性强，有很广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的发动机气门的机器视觉在线检测系统结构示意图。

图2为本发明所述的发动机气门的机器视觉在线检测系统流程图。

图中：

1-人工上料机构；2-上料位光电感应器；3-旋转位电感应器；4-产品错位机构；5-伺服电机；6-联轴器；7-减速电机；8-夹取旋转机构；9-第一光电感应器；10-第二光电感应器；11-第三光电感应器；12-第四光电感应器；13-排出位光电感应器；14-产品夹取与排出机构；15-第一工业相机；16-第二工业相机；17-第三工业相机；18-第四工业相机；19-相机支架；20-滚珠丝杠运动平台。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

一种发动机气门的机器视觉在线检测系统，包括输送部分、传感定位部分、视觉检测部分和控制系统；所述输送部分包括人工上料机构1、产品错位机构4、夹取旋转机构8、产品夹取与排出机构14和滚珠丝杠运动平台20；所述人工上料机构1与所述产品错位机构4相连；所述产品错位机构4包括气缸和承载台，所述承载台设有上料位A和旋转位B；所述气缸固定安装在承载台，通过所述气缸将所述承载台上的发动机气门从A推向B；所述夹取旋转机构8包括气动夹爪和90度旋转气缸，所述气动夹爪和90度旋转气缸集成一体，通过气动控制夹取旋转机构8实现90度旋转和夹爪动作；所述滚珠丝杠运动平台20包括伺服电机5、联轴器6、减速电机7、滚珠丝杠和移动平台；所述伺服电机5通过联轴器6与减速电机7连接，所述减速电机7输出端与滚珠丝杠连接；所述滚珠丝杠上安装有移动平台；所述夹取旋转机构8固定安装在所述移动平台上；所述滚珠丝杠运动平台20放置在所述承载台的旋转位B的一侧，通过所述夹取旋转机构8装夹旋转位B处的发动机气门；所述产品夹取与排出机构14包括机械手臂和旋转台，所述机械手臂放置在旋转台上，所述旋转台固定在所述滚珠丝杠运动平台20输送方向的末端；所述传感定位部分包括上料位光电感应器2、旋转位电感应器3、排出位光电感应器13和若干检测传感器；所述上料位光电感应器2固定在所述承载台上料位A处，用来检测所述承载台上料位A处是否有发动机气门；所述旋转位电感应器3固定在所述承载台旋转位B，用来检测所述承载台旋转位B是否有发动机气门；若干所述检测传感器固定在所述滚珠丝杠运动平台20一侧，用来检测发动机气门在所述滚珠丝杠运动平台20的位置；所述排出位光电感应器13固定在所述滚珠丝杠运动平台20输送方向的末端，用于触发所述产品夹取与排出机构14夹取发动机气门；所述视觉检测部分包括若干工业相机和计算机，若干所述工业相机固定在相机支架19上，所述相机支架19安装在所述滚珠丝杠运动平台20一侧，且使得若干所述工业相机与若干所述检测传感器面对面；所述计算机与若干工业相机连接，用于图像采集、图像预处理、零件几何特征提取和计算；所述控制系统与所述输送部分、所述传感定位部分和所述计算机连接，用以控制所述输送部分、所述传感定位部分和所述视觉检测部分的动作。

为了达到工业相机拍照的照片不受光线的影响，所述视觉检测部分还包括若干光源，若干个所述光源安装在若干所述工业相机上，且一一对应。

工业相机数量优选为4个，分别为第一工业相机15、第二工业相机16、第三工业相机17和第四工业相机18；所述第一工业相机15采集发动机气门小端面图像；所述第二工业相机16采集发动机气门整体图像；所述第三工业相机17采集发动机气门头图像；所述第四工业相机18采集发动机气门杆图像。所述检测传感器的数量优选为4个，分别是第一光电感应器9、第二光电感应器10、第三光电感应器11和第四光电感应器12。

一种发动机气门的机器视觉在线检测方法，其特征在于，包括下面步骤：

S01：对若干相机进行标定获取内外参数，校正镜头畸变；

S02：利用标定块确定物理尺寸和像素间的换算关系，以及确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像对应点之间的相互关系；

S03：发动机气门由人工上料，到达承载台的上料位A，当上料位光电感应器2感应到信号，控制系统控制产品错位机构4将所述承载台上的发动机气门从上料位A推向旋转位B；

S04：旋转位电感应器3感应到旋转位B的发动机气门，控制系统控制夹取旋转机构8夹取发动机气门；

S05：控制系统控制所述滚珠丝杠运动平台20运动，发动机气门依次通过若干检测传感器，并触发若干工业相机拍照；通过所述计算机图像采集、图像预处理、零件几何特征提取判断发动机气门是否合格；

S06：当排出位光电感应器13感应到发动机气门，控制系统控制所述滚珠丝杠运动平台20停止运动，并控制所述产品夹取与排出机构14夹取零件；当S05步骤判断发动机气门合格，则控制系统控制所述产品夹取与排出机构14将发动机气门放置合格区；当当S05步骤判断发动机气门不合格，则控制系统控制所述产品夹取与排出机构14将发动机气门放置不合格区。

所述S05包括如下步骤：

S05.1：控制系统控制所述滚珠丝杠运动平台20运动，当夹取旋转机构8夹持发动机气门到达第一个检测工位时，第一光电感应器9感应到来料后，控制第一工业相机15进行发动机气门小端面图像的采集；对采集的图像校正，并灰度处理提取特征参数，建立判别函数，判断发动机气门小端面是否合格；

S05.2：当发动机气门小端面判断不合格，则控制系统控制所述滚珠丝杠运动平台20直接运动至排出位光电感应器13位置，转到S06步骤；

S05.3：当发动机气门小端面判断合格，且第二光电感应器10感应来料后，控制系统控制所述夹取旋转机构的90度旋转气缸顺时针旋转90度，并控制第二工业相机16延时5秒进行发动机气门整体图像的采集；对采集的发动机气门整体尺寸图像进行去噪、二值化和形态学处理等图像处理，对处理后的图像特征选取，利用标定块确定物理尺寸和像素尺寸的换算关系，得出测量尺寸，将测量得出的数据与预先设定值作对比，判断发动机气门整体尺寸是否合格；

S05.4：当发动机气门整体尺寸判断不合格，则控制系统控制所述滚珠丝杠运动平台20直接运动至排出位光电感应器13位置，转到S06步骤；

S05.5：当发动机气门整体尺寸判断合格，且第三光电感应器11感应来料后，控制系统控制第三工业相机17延时2秒进行发动机气门头图像的采集；采集的发动机气门头尺寸图像进行去噪、二值化和形态学处理等图像处理，对处理后的图像特征选取，利用标定块确定物理尺寸和像素尺寸的换算关系，得出测量尺寸，将测量得出的数据与预先设定值作对比，判断发动机气门头尺寸是否合格；

S05.6：当发动机气门头尺寸判断不合格，则控制系统控制所述滚珠丝杠运动平台20直接运动至排出位光电感应器13位置，转到S06步骤；

S05.7：当发动机气门头尺寸判断合格，且当第四光电感应器12感应来料后，控制系统控制第四工业相机18延时1秒进行发动机气门杆图像的采集；对采集的发动机气门杆尺寸图像进行去噪、二值化和形态学处理等图像处理，对处理后的图像特征选取，利用标定块确定物理尺寸和像素尺寸的换算关系，得出测量尺寸，将测量得出的数据与预先设定值作对比，判断发动机气门杆尺寸是否合格。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。