自由状态下的活塞环视觉检测关键技术研究

摘要

活塞环是发动机的重要零件，起着活塞与缸套之间密封作用，其质量直接影响发动机效能和尾气排放。活塞环的闭口间隙尺寸和外圆圆度是其最重要的机械加工技术指标，需要对产品全检。目前基本上靠人工检验，存在劳动强度大、效率低、准确性差的问题。近年产品质量要求和劳动力成本的提高迫使企业急需一种更高质量、更高效率而低成本的检验技术和装备。基于机器视觉的检测技术是近年来兴起而且日益成熟的技术，应用的领域几乎涵盖了现代制造行业，它以精确、快速、高效、非接触等特点，成为替换人工进行产品质量检测的理想手段。
　　 作者所在课题组已经开发成功了基于机器视觉的活塞环全自动检验系统并应用于某活塞环生产企业。该系统模拟活塞环的工作环境，即压入环规内直接测量其闭口间隙尺寸和圆度（漏光）尺寸。其缺点是检测机械机构复杂、效率低。针对这些问题，本文研究了自由状态下的活塞环视觉检测关键技术，主要包括三个方面内容:
　　 (1)研究对影响活塞环闭口间隙尺寸检测的闭口边缘缺陷进行检测和判别。应用形态学图像处理的开操作和闭操作算法“闭合”和“擦除”闭口边缘凹凸缺陷。基于特征值的匹配方法，利用图像金字塔进行缺陷检测。(2)研究测量闭口间隙的算法，并进行了实验。应用亚像素的边缘提取算法，基于二次多项式插值的亚像素边缘检测对活塞环边缘进行提取。用最小二乘法进行分段圆弧曲线拟合，分别计算各段弧的长度，得到活塞环外边缘的长度，从而计算出闭口间隙尺寸。其中影响精度和效率的关键因素是圆弧的分段数目。实验结果表明，分为三段既可满足精度要求，又有比较高的效率。(3)对活塞环在自由状态下的漏光检测进行了初步研究。从活塞环外圆长度和曲率规律两个角度出发，探索了检测活塞环漏光的的可行性。

目录

摘要

CONTENTS

第一章 绪论

1．1 本课题研究的目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 活塞环检测的研究现状

1．2．2 视觉检测的研究现状

1．3 课题研究背景及关键技术

1．3．1 研究背景

1．3．2 课题关键技术

1．4 研究内容

第二章 检测系统架构需求与图像预处理

2．1 系统架构

2．1．1 图像采集系统介绍

2．1．2 光源

2．1．3 镜头

2．1．4 摄像机

2．1．5 图像采集卡

2．2 系统需求

2．3 图像预处理

2．3．1 数字图像处理

2．3．2 活塞环图片的预处理

2．4 本章小结

第三章 活塞环边缘缺陷检测

3．1 提取活塞环图像

3．2 边缘缺陷检测的两种方法

3．2．1 形态学图像处理

3．2．2 基于图像匹配的缺陷检测

3．3 本章小结

第四章 闭口间隙的测量和漏光度研究

4．1 闭口间隙测量算法分析

4．2 图像的传统边缘检测方法

4．2．1 梯度算子

4．2．2 拉普拉斯算子

4．2．3 canny边缘检测算子

4．3 亚像素边缘检测

4．3．1 亚像素原理

4．3．2 基于多项式插值法的亚像素边缘检测

4．3．3 活塞环外边缘的提取

4．4 闭口间隙的测量算法

4．4．1 最小二乘法曲线拟合

4．4．2 测量算法

4．4．3 实验及结论

4．5 漏光度的研究

4．5．1 一般视觉测量方法

4．5．2 自由状态下的漏光度检测研究

4．5．3 基于曲率的活塞环漏光检测研究

4．6 本章小结

第五章 系统软件设计与标定

5．1 检测算法流程

5．2 界面设计

5．2．1 现场检测端(服务器端)

5．2．2 远程查看端(客户端)

5．3 系统标定

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表论文及成果

声明

致谢