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1、201 8年第1期基于机器视觉的差速器卡簧装配防错检测研究木任永强 杜瑞 李 军(合肥工业大学机械工程学院，安徽合肥230009)摘要：机械零部件的装配质量检测是提高装配线生产效率的重要环节。针对汽车变速箱装配线中差速器总成的卡簧装配防错检测需求，选用CMOS工业相机和光源在装配线上搭建视觉检测平台。利用C和EmguCV计算机视觉库开发检测软件，结合机器视觉理论和算法，提出了以面积周长比值快速检测圆形轮廓的方法通过检测卡簧的双耳圆孔轮廓并计算圆心距离判断卡簧是否漏装错装。最后验证该检测软件满足实时性和准确性要求。有效降低人工检测的误检率，提高汽车变速箱装配线的自动化水平。关键词：机器视觉；Em
2、guCV；卡簧装配；防错检测中图分类号：TP391：THl66 文献标识码：ADoI：1019287jcnki1005-2402201801003Differential snap ring assembly error proofing detection research based on machine visionREN Yongqiang，DU Rui，LI Jun(School of Mechanical and Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，CHN)Abstract：Mechanical compo
3、nents assembly quality detection is an important step to improve the production efficiency of assembly linesAccording to the demand for snap ring Assembly Error Proofing Detection ofdifferential assy on automobile transmission assembly lines，a vision detection platform is set up with theselection of
4、 CMOS industrial camera and illuminantUtilizing C#and EmguCV computer vision library todevelop detection software and combining with machine vision theory and algorithm，a fast circle contourdetection method is proposed based on areaperimeter ratioAnd the existence of wrong and missing assembly of sn
5、ap ring is judged by the detection on the circle contoum of snap ring lugs and computing thedistance of centers of circlesIn the end，the detection software is verified in meeting the demands forrealtime capability and accuracy，thereby reducing false detecting rate effectively and raising the automat
6、ion level of automobile transmission assembly linesKeywords：machine vision；EmguCV；snap ring assembly；error proofing detection在自动化装配线中，关于零部件错装漏装的检测技术已经成为影响自动化程度和智能制造水平的关键因素。差速器总成作为变速箱装配中的重要部件，其装配质量严重影响着整条变速箱装配生产线的生产效率2。如图1所示，差速器总成的轴用卡簧由于结构尺寸较小，通常使用卡簧钳手动装配在一字轴上，然后将差速器总成放入托盘中。通过视觉检测代替人工检测卡簧是否错装漏装，可以有效地
7、降低误检率，适应生产节拍要求，从而进一步提高变速箱装配线的自动化水平3|。1视觉检测系统差速器总成由人工装配完成后置于图2所示旋转检测台的定位座上。伺服电动机转动检测台至工业相机拍照位置停止，检测卡簧装配合格后，定位座由检测台内的旋转气缸转动180。检测一字轴另一端卡簧。检测不合格，旋转检测台返回原位报错。两次检测均合格后，差速器总成被夹紧气缸和伺服机械手吊至装配线体的托盘上，整个检测流程结束。视觉检测系统的控制原理如图3所示工业相机2015国家智能制造专项(工信厅联装函2015J 415号)；2015安徽省科技攻关项目(1501021004)30蝓菪【皂教求占埘 t，夕 一万方数据2018年
8、第1期通过网口与工控一体机连接，相机接收检测软件触发后拍照回传，软件检测合格后通过以太网将结果发送给PLC，PLC控制伺服电动机等执行机构完成动作。检测过程中LED光源由PLC控制开关。图1差速器总成1一底座；2旋转检测台；3差速器总成；4相机光源与支架；5一工控一体机；6一伺服机械手；7一夹紧气缸；8一托盘；9一装配线体。图2视觉检测平台机械结构图图3系统控制原理框图2图像处理21图像处理流程考虑到卡簧的检测视野范围较小，如图4所示，选用某品牌CMOS面阵工业相机、配50 mm焦距镜头，工作距离300 mm，视野范围40 mmX30 mm。光源选i；蓉I也般求占扣择环形无影白色LED光源，配
9、双路控制器。图4相机工作实景设置相机的拍摄大小为540x480像素，格式为彩色24位图像。先对彩色源图像进行灰度化处理，以提取卡簧轮廓。由于差速器壳体的加工表面粗糙度差，导致干扰信息过多，需要在保留卡簧轮廓特征的条件下对目标图像进行滤波降噪。而且卡簧金属表面经图像处理后可能会有边缘模糊和间断的情况出现还需要膨胀处理使得轮廓连续。经过以上一系列预处理之后再提取轮廓，设计算法检测出卡簧双耳的圆孔，计算圆孔中心距离从而判断卡簧是否装配合格。详细处理流程如图5所示。图5图像处理流程22图像处理算法相机采集到的彩色24位图像每个像素用3个字节表示，每个字节对应着R、G、B分量的亮度(红、绿、蓝)，由于图
10、像处理的大多数算法都是在灰度图像上进行的，所以必须将彩色图像灰度化才能进一步处理。灰度转换公式为：万方数据201 8年第1期Gray(戈，Y)=0299xR(石，Y)+0587xG(戈，)，)+01 14xB(戈，Y)其中，Gray(x，Y)为转换后得图像在(戈，Y)点的灰度值(540480图像中zthresh；，(戈，Y)210 Gray(x,y)fhresh经过灰度化和阈值分割的卡簧图像如图6所示，其中阈值分割参数thresh=152，maxval=255。0 255 786批8叫6171 1 jl木 半lL213 3 L木 木 木是将上述处理的图像八戈，Y)与高斯平滑算子G(z，Y) 3
11、2图7 55和99中值滤波效果再求出局部边缘的法向：， v(c*jO舻而根据二阶导数过零点的边缘检测原理找出边缘位置：善G铲o0n2从而保留了每个像素点上梯度强度极大值，删掉其他值。此时的图像仍然有很多噪点。Canny算法应用双阈值以筛选边缘。设定一个阈值上界和阈值下界，像素点超出阈值上界必然是边缘。低于阈值下界不是边缘。通常阈值上界设定为阈值下界的3倍效果最佳。最后通过滞后阈值处理，消除纹状的断开边缘响应，得到连续的边缘，如图8左侧所示。为了防止边缘仍然存在微小的断点影响卡簧圆孑L边缘检测，再使用膨胀优化。膨胀就是求图像局部最大值，将图像src(算，Y)与带有锚点的正方形核(z，Y 7)进行
12、卷积，计算出核覆盖区域的像素点最大值，并将最大值赋给锚点所在的像素点，数学表达式如下：dst(戈，)，)=(，)：。fm。，a。x，(，)。src(戈+算7，y+y)膨胀后图像的高亮区逐渐增长，达到扩大边缘使其连续的目的，处理效果如图8右侧所示。图8 Canny边缘检测与膨胀处理效果经过上述预处理后的图像dst(x，Y)轮廓分明。传统的霍夫变换检测圆形轮廓需要较大内存且速度缓慢。这里采用一种基于面积周长比值的快速提取圆形轮廓方法。首先获取图像中各个轮廓的面积A和周长C，圆形的面积与周长平方的比值为：A rrR2 1p-一C2 2丽2石20079 6输蓉【也教求喜札笳万方数据2018年第1期而图
13、像dst(戈，Y)得到的卡簧圆孔轮廓通常不是标准的圆形，其比值小于0079 6，而且其他闭合轮廓的比值也小于0079 6，这里给出筛选比值的范围：0063img=imgConvert()；灰度化img=imgSmoothMedian(parMedianSize)：ii蓉【是技工喜扣床8中值摅波(参数MedianSize)CvInvokeThreshold(img，img，parThresh，parMaxVal，ThresholdTypeBinary)；阈值分割(参数Thresh，MaxVal)img 2 imgCanny(parCannyThreshparCannyThresh3)；Canny
14、边缘检测，参数阚值上界是下界值3倍img=imgDilate(parInterations)；imgout=img；结果输出其中par是卡簧检测参数类RingPars的对象。RingPars将参数封装成属性，配置这些参数的窗ISl界面如图lo所示。参数配置过程中图像实时处理并显示，用户可根据实际采集的照片质量，保存预处理效果最佳的一组参数用于下一步检测。右下方的卡簧距离限定可设置卡簧双耳圆孔圆心距离限定范围。图10卡簧检测参数配置窗口其中img为预处理得到的卡簧图像，vvp为存储所有轮廓的对象。筛选圆孔轮廓的代码：for(int i=O；i0063&P00796)通过P筛选if(12rr15)
15、 通过半径筛选circlewpPush(vvpi)；提取筛选届的圆轮廓经过筛选后circlevvp中存储着卡簧圆孔轮廓。再绘制外接矩形和两圆心连接线段。部分代码如下：for(int i=0；icirclevvpSize：i+)获取圆孔轮廓的外接矩形Rectangle rect=CvInvokeBoundingRectangle(circlevvpi)；imgSrcDraw(rect，new Bgr(230，255，230)，2)； 绘制矩形 33 万方数据201 8年第1期pListAdd(new Point(rectX+rectWidth2rectY+rectHeight2)；获取两圆心Po
16、int【j P=new Point2j；P0=ListPoint0；P1=ListPoint1；LineSegment2D line=new LineSegment2D(P0，P1)；创建线段imgMeasDraw(1ine， nPw Bgr(230， 255， 230)， 2，LineTypeAntiAlias，0)；绘制线段length=lineLength； 得到圆心距离imageBox IImage=imgMeas；主界面显示图像软件检测主界面如图11所示。检测结果列表中显示了当前检测详细信息。蕾(_t口l_D M M U晰：川N-iin四”。-_三；_；-_一 ； lP4试验与分析图
17、11视觉检测主界面准备多个差速器总成样件放入旋转检测台进行试验，记录视觉检测软件的结果并验证软件检测数据是否准确，如表1所示。表1检测试验数据试验 检测卡 圆孔间 装配是 检测用 检测准序号 簧有无 距pixel 否合格 时ms 确验证l 有 130 合格 33 、2 无 ， 漏装 31 、3 有 132 合格 34 、4 有 157 错装 34 、5 有 13l 合格 3l 、6 有 130 合格 33 、7 无 ， 漏装 245 X8 有 154 错装 37 、9 有 13l 合格 34 、10 有 131 合格 31 、通过验证可以说明软件检测准确性较高。多次试验准确率可达95以上，且检
18、测用时较短，满足实时性要求。试验过程中影响检测准确性的因素主要有：(1)差速器加工表面粗糙度。(2)差速器定位座定位精度。(3)相机与光源支架稳定性。(4)外界环境光的干扰。5结语利用机器视觉相关理论及算法，通过检测卡簧双耳的轮廓圆判断卡簧是否漏装，计算轮廓圆心像素距离判断卡簧是否错装，从而完成了对差速器卡簧的装配防错检测。设计视觉检测平台及软件，对软件的实时性和准确性做了试验验证，系统满足实际生产需求，提高了装配线的自动化水平。参考文献1陈向伟，王海月基于计算机视觉的轴套零件尺寸测量J制造技术与机床，2014(10)：85882韩冰基于机器视觉的发动机活塞装配防错检测技术研究D济南：山东大学
19、，20093刘霞工业零件形状尺寸的机器视觉检测系统的研究D哈尔滨：哈尔滨理工大学20094韩思奇，王蕾图像分割的阈值法综述J系统工程与电子技术，2002(6)：911025Canny JA computational approach to edge detectionJPattern AnalysisMachine Intelligence IEEE Transactions on1986PAMI8(6)：6796986王晓东，宋洪侠，刘超，等基于机器视觉的微小型零件测量与装配控制J哈尔滨工程大学报，201l，32(9)：1117-11227张少伟基于机器视觉的边缘检测算法研究与应用D上海：
20、上海交通大学20138Duchene J，Leclercq SAn optimal transformation for discriminant andprinciple component analysis，JPattern Analysis and Machine Intel1igence，IEEE Transactions on，1988，10(6)：9789839王化楠Hough变换在视觉检测系统中的应用研究D大连：大连理工大学200610赵春江c#数字图像处理算法典型实例M北京：人民邮电出版社20091 1Milan Sonka，Vaclav Hlavac，Roger BoyleImage processing，analysisand machine visionM北京：清华大学出版社，2011第一作者：任永强，男，1968年生，博士，副教授，研究方向为精密测量、汽车成套自动化装备及测控研究。(编辑 高 扬)(收稿日期：20170815)文章编号：180113如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。匀白哆剩皂叛。占札震一万方数据