基于机器视觉的制动主缸活塞总成在线检测

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

制动主缸活塞总成作为制动系统中最为关键的零部件之-，对汽车的安全陛能起着决定性作用。因此，在装配制动主缸活塞总成之前要保证每-件制动主缸活塞总成的质量。制动主缸活塞总成由活塞、回位弹簧、主皮碗和副皮碗四部分组成。本装置主要检测的是是否漏装回位弹簧和皮碗，皮碗是否错装〃立计算机质量管理系统是近年来保证质量的重要措施，虽然检测和控制技术有了很大的进步，但是对于这方面检测，目前制动零部件企业还是采用人工检测的方法，这就大大影响了产品的质量和生产效率，并且由于人眼长时间处于紧张状态，容易产生视觉疲劳，导致产品漏检和废品出厂的现象时有发生，使得零部件成本提高，给汽车制动企业的声誉带来了不良影响l1。为了提高检测效率和正确率，我们研究开发了利用机器视觉检测制动主缸活塞总成的自动化检测设备，通过预先编写好模板图像的检测程序，对采集到的图像进行在线检测，避免了肉眼检测时人为因素对检测结果的影响。

2总体设计基于机器视觉的制动主缸活塞总成在线检测就是利用机器视觉代替人工视觉来测量和判断。目前大多数机器视觉都是通过图像摄取装置将摄取目标转换成图像信号，传送给由计算机组成的图像处理系统，根据图像分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，并由处理软件对这些信号进行各种运算来抽取目标特征2I。

机器视觉分为两类：即 PC式和嵌入式机器视觉系统，后者即智能照相机。PC式视觉系统是-种基于 PC机的视觉系统，-般由光源、光学镜头、CCD或CMOS相机、图像采集卡、图像处理软件以及-台Pc机组成。智能相机并不是-台简单的相机，而是-种高度集成化的微小型机器视觉系统。它将图像的采集 、处理与通信功能集成于单-相机内，从而提供了具有多功能、拈化、高可靠性的视觉解决方案131。针对目前的问题，为了保证检测的高可靠性，高效率，我们选择嵌入式机器视觉系统，设计了基于机器视觉的制动主缸活塞总成在线检测系统；在自动化生产线上，系统将需要检测的每个制动主缸活塞总成通过传送装置传送到检测工位时，由光电传感器检测到工件到达，然后发送触发信来稿日期：2012-05-17作者简介：马 刚，(1987-)，男，河北，在读硕士研究生，主要研究方向：自动控制与检测的研究；马朝永，(1970-)，男，河北，博士，硕士生导师，副教授，主要研究方向：汽车制动系统关键零部件的智能检测技术第3期 马 刚等：基于机器视觉的制动主缸活塞总成在线检测 109号给光源、相机和PLC，PLC接收到信号后，控制电机使传送装置停止，待检测工件被照亮，相机开始采集图像，由下载到相机中的已编写好的程序对其进行处理，产生质量判断信号；如果产品不合格，系统将报警，然后工作人员去除不合格产品，再按下测试按钮，继续下个个产品的检测；如果产品合格，3s后电机 自动转动，开始测试下-个零部件。为防止制动主缸活塞总成表面划伤，生产线上有夹具将制动主缸活塞总成竖着固定，相机被安装在距制动主缸活塞总成固定的工作距离上，以达到最佳的成像效果。该检测系统由制动主缸活塞总成传送装置、光源、报警装置、显示装置、图像处理系统及控制系统，其检测系统图，如图 1所示。

图 1基于机器视觉的制动主缸活塞总成在线检测系统图Fig.1 The System Diagram With Assembly Line Inspection ofBrake Master Cylinder Piston Based on Machine Vision3硬件设计3.1光源选择选取由某公司提供的环形光源，采用正面照明方式，将其与相机固定在-起。它能够增强照明对比度；保持元件到元件的图像持续性；还可以将环境光的干扰降低到最小，保证了图像采集的质量。

3-2相机选择待测试件为制动主缸活塞总成 ，其长为 140rnm，宽为20mm。根据检测要求，不需要将零部件全部位于视野内，因此根据 cognex镜头参数，如表 1所示。选择视野为(125x97)mm，由试验台的工作距离 400mm，确定相机焦距为 8mm。

表 1镜头参数Tab.1 Lens Parameters根据对检测精度的要求，选择 200万像素的相机能满足检测任务。由于视觉系统需要的总时间包括图像采集时间、曝光时间和视觉处理时间，大约几十毫秒远远小于 3s(检测零部件间隔的时间)。因此可以选择康耐视 Micro 1403相机。

4软件设计制动主缸活塞总成在线检测系统包括 PLC控制系统和机器视觉检测系统两部分，视觉检测系统选择美国某公司提供的In-Sight Explore作为检测系统的开发环境 ；控制系统选择西门子Step7-Micro/WIN软件作为控制系统的开发环境。

4.1制动主缸活塞总成图像检测方法制动主缸活塞总成的模板图像，如图2所示。其检测区域由主皮碗检测区域 I、副皮碗检测区域 Ⅱ、活塞杆检测区域Ⅲ、和回位弹簧检测区域Ⅳ组成。缺陷检测的目的在于检测皮碗和回位弹簧是否漏装，皮碗是否装反，活塞杆是否规格It]。

图2制动主缸活塞总成局部示意图Fig.2 The Local Schematic Diagram with Brake Master Cylinder Piston对相机采集到的标准图像进行模板图像的建立，其流程图，如图3所示。首先连接好相机后，点击设置图像，在脱机状态下点击实况视频，通过调节相机上的光圈和焦距，获取质量好的图像后，将曝光时间设置为8ms。然后对图像进行定位，我们选择 PatMax图案定位，该算法能够精确的将每-个待检测零部件与标准零部件进行位置匹配。最后对活塞杆区域、主皮碗区域、副皮碗区域、回位弹簧区域进行检测，看看是否错装与漏装，采用对比度算法检测漏装，通过判断某个区域内的像素值来确定皮碗和回位弹簧是否漏装；采用测量角度算法检测皮碗是否装反，由于皮碗与制动主缸活塞总成形成- 个角度，装反后这个角度将与原来的角度相差很 日。在程序编写完成后，要对检测结果i 亍输入输出配置，将检测失败都的结果，发送到PLC的10.4，以此来触发报警装置。

图3模板图像流程图Fig.3 Template Image Flow Diagram42 PLC控制方法控制程序流程图，如图4所示。首先按下测试按钮，检测系统开始，PLC自动进行上电初始化后，电机带动传动机构转动I6-71，由工人将待检测的制动主缸活塞总成放入传动机构上的夹具上，队列最前边的制动主缸活塞总成首先进入定位平台，定位平台上安装的光电传感器检测到有零部件需要检测，PLC控制系统控制电机使其停止，视觉检测系统开始工作，检测完成后，检测系统会显示零部件是否合格，然后由工人对其进行分类嘲。

1l0 机械 设 计 与制 造No.3Mar.201 3图4控制程序流程图Fig.4 Program Control Flow Diagram5试验结果为验证试验结果的有效性，选取 10个合格零件与 5个不合格零件进行检测，对检测结果分析发现 ，该检测系统能很好的对制动主缸活塞总成进行在线检测，在软件中可以制作界面，还可以显示检测数量，方便对合格零部件与不合格零部件进行统计。

如果检测的零部件不合格，如图5所示＄面会显示×号，同时系统报警，有效的控制了检测的正确率。

图 5不合格零部件Fig.5 Non-Conformity Spare Parts6结束语针对制动主缸活塞总成的实际检测要求，基于自动控制技术和机器视觉技术 ，提出了-种基于机器视觉的制动主缸活塞总成在线检测方法tgl。PLC作为控制系统的核心，使零部件自动传动，停止。机器视觉技术用于缺陷图像的快速分析与识别，采用快速定位零部件在图像中的位置和快速图像匹配算法，把目标零部件和标准模板图像实时比对 ，以此来检测有缺陷的制动主缸活塞总成。试验结果表明，系统检测稳定可靠，效率明显提高，每分钟可检测制动主缸活塞总成零部件 20个。