视觉系统在活塞环制造行业的应用.pdf

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1、18内燃机与配件2015年第8期视觉系统在活塞环制造行业的应用程传峰胡平(安庆帝伯格茨活塞环有限公司)[摘要]内燃机活塞环外圆轮廓设计形状种类繁多且精度要求高，制作工艺流程复杂、工序多，因其外圆多为不对称设计，且不对称的两侧外圆轮廓只有很小差异，导致在加工过程中难以判断方向。目前活塞环轮廓方向主要采取两种方向判断方法：第一种采用人工肉眼判断、手动理齐，此方法出错率高，不可避免的导致加工反向，造成了大量废品的产生，且效率低，劳动强度大，对人员的技能要求高；另一种采用轮廓检测仪器进行识别，其准确性高，但是效率太低，且投资大。在此现

2、状下，我们设计出一种利用光学的视觉系统判断活塞环轮廓方向的检测系统进行改善。[关键词]CCD相机LED光源视觉系统灰度转换边缘轮廓特征0引言活塞环是内燃机关键零件之一，它与活塞、气缸套相互联系在一起，组成发动机动力源组件。随着内燃机向高强化、低排放、高寿命方向发展，活塞环轮廓形状设计的也是愈加多样化，其加工工艺也是十分复杂，由于大多活塞环外圆轮廓均为不对称设计，加工工艺流程中需多次的判断方向、理齐方向，现状的人工判断质量不稳定，产生废品的同时也造成了制造成本的上升，制造企业迫切需要实现机器代替人工的方法，基于需要，研发出基于视

3、觉系统的活塞环轮廓形状检测系统。1活塞环视觉系统理方向原理活塞环视觉系统轮廓方向检测主要由机器视觉光源、工业镜头、CCD工业相机、图像处理单元、图像处理软件、通讯／输入输出单元、接料理方向装置组成。该系统采用蓝色LED作为光源，选用背景光照射方式，通过CCD摄像获取活塞环的轮廓，系统采用灰度转换、中值滤波、边缘轮廓特征提取等手段实现对活塞环轮廓的准确检测，同时运用自动化设备实现机器代替人工判断方向以及理齐方向。首先使用CCD相机来完成活塞环外圆轮廓图像采集任务，将拍摄到的目标转换成图像信号。然后根据像素分布和亮度、颜色等信息，

4、通过图像采集卡将图像信号转变成数字信号，传送给专用的图像处理系统，图像处理系统对这些信号抽取目标的特征，最后，根据对特征值的计算判断，确定活塞环轮廓形状结果，同时根据判断结果，应用自动化的接料理方向装置按照一致方向进行理齐。冒甲PLCJ圆卤一般情况下，相机获取的原始图像由于受到各种条件限制和随机信号的干扰，往往不能在视觉系统中直接使用，必须在早期阶段对原始图像进行灰度校正、去噪、二值化和形态学等图像处理。对于预处理后的图像提取需要的特征信息，进行分析计算。[](图2．I锥面)(图2．2半镶嵌沟檀)2活塞环轮廓特性及特征计算冲0

5、也v蒜一一艺一一工一￡程传峰胡平：视觉系统在活塞环制造行业的应用19活塞环外圆轮廓常见的如下图中CCD相机拍摄的锥面及半镶嵌沟槽，我们可以假设整体轮廓为长方形，其长轴方向定义为物体的方向，图像中外圆各点到二阶矩轴线的距离平方和最小，给出一幅二值图像B[i，j]，计算外圆各点到直线的最小二乘方拟合，使所有点到直线的距离平方和最小：x2rii2B[i，J]其中rii是外圆点[i，j]到直线的距离，以极坐标的形式表示如下：P5xcos0+Ysin0如下图，0为直线的法线与X轴夹角，p是直线到原点的距离，把点(i，j)代人直线的极坐标

6、得出：r2=(xcos0+ysin0一P)2代人方程并求极小化问题，确定参数p和0：x2(xijcosO+yijsin0一p)2B[i，j]令x2对P的导数等于0，得出：p=icosO+了sin0，用p代入上面的x2，则极小化问题为：x2=aCOS20+bsinocos0+Csin20其中的参数：a(xii—x)2B[i，j]b(xii—i)(y扩了)B[i，j]c(Y。i—Y)2B[i，j]表达式x2可写成：x2=(a+c)／2+(a—c)／2×cos20+b／2×sin20对x2微分，置微分结果为0，求0值判断方向：tan

7、20=b／(a—e)3活塞环视觉系统理方向设计图及简介从图中可以看到：通过LED光源照射、CCD相机拍摄活塞环图像信号，转变成数字信号后传送给图像处理系统，图像处理系统确定活塞环轮廓形状，同时根据判断结果，PLC控制自动化的接料理方向装置进行接料工作，且按照判断后的活塞环方向自行翻转、供送到接料支架上，保证了方向正确判断，同时根据设定还可以将方向混乱的活塞环按照一致的方向理齐。4效果比较视觉系统判断方法人工判断理方向轮廓仪器检测方向判断误判率1．68％0％效率1—000片／d,时250片／d,B寸1—200片／小时小结误判率高

8、效率低零误判、高效5结语以上简要说明了利用机器视觉系统运用到活塞环检测的应用，视觉系统理方向检测方法的成功开发，降低了出错率，通过自动化的连接，机器代替了手动操作，大大提高了工作效率，优质、高效二者兼得，同时，我们将继续努力将视觉系统应用到更多方面的活塞环检测、质量监控中去。