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      活塞銷卡環(huán)壓裝不良在線檢測(cè)方法分析

      2018-03-29 07:19:45起富香
      機(jī)電信息 2018年9期
      關(guān)鍵詞:卡簧線型圓心

      起富香

      (廣州市嘉特斯機(jī)電制造有限公司,廣東廣州510850)

      0 引言

      汽車活塞的作用是承受氣體壓力,并通過活塞銷讓連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn),活塞頂部還是燃燒室的組成部分。活塞銷,是裝在活塞裙部的圓柱形銷子,它的中部穿過連桿小頭孔,用來(lái)連接活塞和連桿,把活塞承受的氣體作用力傳給連桿。卡簧脫落,會(huì)導(dǎo)致活塞銷外串,造成拉缸甚至更嚴(yán)重的后果?;钊N卡簧的壓裝不良檢測(cè),在活塞線上至關(guān)重要。

      目前活塞銷卡簧主要有兩種形式:孔用彈性卡簧和線型卡簧。檢測(cè)方式可分為接觸式和非接觸式。針對(duì)不同卡簧的不同檢測(cè)方法,本文將對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析,以方便選取合適的檢測(cè)方法。一般活塞裝配后在輸送線上的狀態(tài)如圖1所示。

      圖1 活塞在活塞線上的狀態(tài)

      1 活塞銷卡簧的不良情況

      活塞銷卡簧不良分為3種情況:漏裝、多裝和未完全裝入,如圖2所示。

      圖2 活塞銷卡簧良品和不良品分類

      由圖2可以直觀地看到活塞銷卡簧裝配的不良品和良品的差異,可以通過接觸式和非接觸式兩種檢測(cè)方法來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。

      2 接觸式檢測(cè)方法

      接觸式檢測(cè)是將檢測(cè)塊伸到活塞銷內(nèi)部與卡簧進(jìn)行接觸,通過位移傳感器檢測(cè)接觸塊的高度,與基準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)得到結(jié)果。假設(shè)活塞銷卡簧的厚度為1 mm,將良品設(shè)為基準(zhǔn)0,理論上當(dāng)檢測(cè)值小于0、大于1時(shí)可以判定為不良。但在實(shí)際使用中,考慮到設(shè)備精度、活塞銷以及卡簧的公差等,將基準(zhǔn)上下限值作相應(yīng)的調(diào)整,以消除精度及公差的影響,得出如圖3所示數(shù)值。

      圖3 接觸式檢測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

      接觸式檢測(cè)中,由于傳感器直接與活塞銷進(jìn)行接觸,所檢測(cè)出的數(shù)值比較準(zhǔn)確,對(duì)活塞銷卡簧形式、光照環(huán)境等無(wú)要求,但其對(duì)活塞的定位要求較高;目前活塞線中,活塞在托盤上為粗定位,如果生產(chǎn)線為混線生產(chǎn),活塞品種較多時(shí),接觸式檢測(cè)很難適應(yīng)多元化的生產(chǎn),所以在線通過式檢測(cè)中,比較少采用這種方法。

      3 非接觸式檢測(cè)方法

      非接觸式方法是基于機(jī)器視覺系統(tǒng)的一種檢測(cè)方法,機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。通過機(jī)器視覺產(chǎn)品(即圖像攝取裝置,分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào),傳送給專用的圖像處理系統(tǒng),根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息,轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征,進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

      3.1 非接觸式檢測(cè)的流程

      非接觸式檢測(cè)的流程如圖4所示。

      圖4 非接觸式檢測(cè)流程圖

      3.2 機(jī)器視覺系統(tǒng)組成

      機(jī)器視覺系統(tǒng)可分為兩種:PC-BASED系統(tǒng)(圖5)和智能相機(jī)系統(tǒng)(圖6),兩種系統(tǒng)的硬件和軟件配置均有明顯差異。在PC-BASED系統(tǒng)中,相機(jī)只拍攝圖樣,系統(tǒng)依托圖像采集卡和計(jì)算機(jī)軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理、計(jì)算、識(shí)別,對(duì)軟件要求較高,需要專業(yè)人士進(jìn)行編程維護(hù);在智能相機(jī)系統(tǒng)中,智能相機(jī)擔(dān)當(dāng)了拍攝圖樣、處理、計(jì)算、識(shí)別等工作,智能相機(jī)的資源管理器能配置視覺工具和處理視覺應(yīng)用數(shù)據(jù),其拖放式視覺工具貨盤和工具屬性表格能讓任務(wù)配置更加簡(jiǎn)單。

      圖5 PC-BASED系統(tǒng)組成圖

      圖6 智能相機(jī)系統(tǒng)組成圖

      兩種視覺系統(tǒng)的選擇可從多方面考慮:PC-BASED系統(tǒng)對(duì)軟件要求較高,如只需要一個(gè)視覺檢測(cè)點(diǎn)投入,可能和智能相機(jī)系統(tǒng)相當(dāng);但如果需要使用多個(gè)甚至數(shù)十個(gè)相機(jī),PC-BASED系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)就很明顯了。

      3.3 活塞銷卡簧檢測(cè)的算法

      目前活塞銷卡簧主要有兩種形式:孔用彈性卡簧和線型卡簧。針對(duì)不同的卡簧,所采用的檢測(cè)方法有所不同。

      3.3.1 孔用彈性卡簧的檢測(cè)方法

      孔用彈性卡簧的特征是比較明顯的,這使機(jī)器視覺識(shí)別起來(lái)相對(duì)于線型卡簧要容易些。孔用彈性卡簧裝入活塞內(nèi)部槽后,鉗孔以及部分擋圈露在外,通過鉗孔、活塞銷中心孔之間的距離來(lái)判定卡簧是否正確安裝入溝槽內(nèi),判定邏輯如下:

      (1)對(duì)拍照結(jié)果進(jìn)行校正,修正因角度、距離造成的圖像變形。

      (2)控制器根據(jù)獲得的圖像,獲取活塞銷內(nèi)圓直徑參數(shù),然后以EC算法搜索到卡環(huán)的圓心位置以及卡環(huán)上兩個(gè)圓孔的圓心位置,并計(jì)算出兩個(gè)圓心的距離,即圖7所示A值,卡環(huán)圓心到圓孔圓心的位置即圖7所示B值。

      圖7 孔用彈性卡簧判定取值點(diǎn)

      (3)對(duì)A/B距離進(jìn)行計(jì)測(cè),通過兩個(gè)距離值來(lái)判定擋圈是否安裝入溝槽內(nèi);A/B的距離通過實(shí)際值的平均值±3σ來(lái)設(shè)定上/下限。A/B值有一個(gè)NG時(shí),結(jié)果判NG;只有當(dāng)A/B的值都在范圍內(nèi)時(shí),結(jié)果判OK。

      (4)當(dāng)無(wú)法檢出鉗孔時(shí)視為次品,判定為NG。

      3.3.2 線型卡簧的檢測(cè)方法

      線型卡簧的檢測(cè)相對(duì)而言比較復(fù)雜。首先線型卡簧特征不明顯,特別是卡簧正確裝入和未完全裝入時(shí),在相機(jī)的成像上區(qū)別比較??;其次不同機(jī)種的線型卡簧顏色上存在差異(在本案中,有原色和黑色兩種),不同顏色在相同光源下的成像不同,單一的算法很難實(shí)現(xiàn)99.5%的檢出率。

      算法一:利用卡簧和中心孔的圓心距進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)卡銷正常安裝時(shí),其圓心和中心孔的圓心之間的距離理論上是0;當(dāng)卡銷安裝異常時(shí),圓心距不等于0。這種檢測(cè)方法開始前需要進(jìn)行位置修正,圓心之間距離的上下限值需要經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)得出。

      算法二:對(duì)卡簧的最小半徑進(jìn)行檢測(cè)。如安裝正常,則最小半徑每次檢測(cè)的數(shù)值應(yīng)一致。由于線型卡簧存在缺口,用該種方法檢測(cè)時(shí),需要取出多個(gè)點(diǎn),并剔除最大、最小值。

      算法三:計(jì)算活塞銷端面面積,如正常安裝,則每次的值應(yīng)該一致,漏裝時(shí)值最大,多裝時(shí)值最小。這種計(jì)算方法中,未完全裝入狀態(tài)和正常安裝狀態(tài)有時(shí)候差異很小,存在很大的風(fēng)險(xiǎn),因此只能作為一個(gè)輔助的算法。

      綜合以上三種計(jì)算方法,對(duì)每種算法所得出的值進(jìn)行一個(gè)評(píng)分,當(dāng)評(píng)分值大于一定值時(shí),就可以判定活塞銷卡簧壓裝為合格品。

      非接觸式檢測(cè)中,在機(jī)器視覺的檢測(cè)范圍內(nèi),活塞銷不需要準(zhǔn)確的定位,對(duì)設(shè)備的精度要求不高;如果生產(chǎn)線需要增加新的產(chǎn)品,非接觸式檢測(cè)只需要進(jìn)行新產(chǎn)品的觸發(fā)拍照和計(jì)算就可以了,可以適應(yīng)多元化的生產(chǎn);且視覺系統(tǒng)不與活塞銷直接接觸,可防止二次污染;在線通過式檢測(cè)中,比較多采用該種檢測(cè)方法(檢測(cè)設(shè)備如圖8所示)。

      圖8 活塞銷卡簧壓裝不良在線檢測(cè)設(shè)備

      4 結(jié)語(yǔ)

      本文對(duì)活塞銷卡簧壓裝不良情況進(jìn)行了分析,并對(duì)幾種檢測(cè)方法進(jìn)行了詳細(xì)的描述,對(duì)不同生產(chǎn)情況下如何選取不同的檢測(cè)方法具有一定的參考意義。這些檢測(cè)方法均能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)活塞銷卡環(huán)壓裝質(zhì)量的在線自動(dòng)檢測(cè),替代人工檢測(cè),實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的生產(chǎn)需求,提高生產(chǎn)效率。

      [1]汽車百科全書編纂委員會(huì).汽車百科全書[M].北京:中國(guó)大百科全書出版社,2010.

      [2]劉文耀.數(shù)字圖像采集與處理[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.

      [3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(新版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

      [4]鄭文緯,吳克堅(jiān).機(jī)械原理[M].7版.北京:高等教育出版社,1997.

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