汽车轮毂螺栓孔节圆中心和中孔中心偏心距在线测量方法

摘要

汽车轮毂螺栓孔节圆中心和中孔中心偏心距在线测量方法，涉及一种生产线上机器视觉自动测量。提供一种方法简单、精确度较高、速度较快的汽车轮毂螺栓孔节圆中心和中孔中心偏心距视觉测量方法，完成实际偏心距和系统误差的分离，得到更精确的偏心距测量结果。测量系统误差标定；测量轮毂偏心距。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产线上机器视觉自动测量，尤其是涉及一种汽车轮毂自动化生产线 PCD工位对汽车轮毂螺栓孔节圆中心和中孔中心偏心距在线测量方法。

背景技术

汽车轮毂是直接关系到车辆高速行驶安全性和舒适性的关键零件，其螺栓孔节圆中心和 中孔中心的偏心距是影响轮毂质量的关键参数。如何在自动化生产线上对汽车轮毂螺栓孔节 圆和中孔中心偏心距进行快速、精确的测量，是直接关系到汽车轮毂质量的重要技术难题。 目前，该偏心距是由专用的孔距（PCD）量具手工测量得到的，效率低、精度低。

机器视觉是用计算机实现人的视觉功能，即用机器代替人眼来做测量和判断。基于机器 视觉的几何量测量技术具有非接触、柔性好、精度高、速度快、自动化和智能化水平高等优 点。基于机器视觉的测量方法不影响待测物体表面特性，可以达到较高的测量精度。中国专 利《基于图像识别的轮毂安装孔形位参数的检测方法》和《一种基于CCD图像技术的车辆轮 毂检测装置》，采用机器视觉的方法实现了汽车轮毂螺栓孔、中孔及螺栓孔节圆直径参数的测 量，但是未包含螺栓孔节圆中心和中孔中心偏心距测量。

在汽车轮毂自动化生产线PCD工位上，汽车轮毂螺栓孔节圆中心和中孔中心偏心距测量 存在以下特点：1、轮毂螺栓孔节圆所在平面和中孔所在平面不共面，因而两个平面与成像平 面距离不同；2、轮毂中心轴与成像系统光轴无法严格重合。

由于以上两个特点，成像系统对螺栓孔节圆和中孔产生不同的透视效果，使图像所得螺 栓孔节圆中心与中孔中心发生相对移动，因此偏心距矢量是实际偏心距矢量与系统误差矢量 的合成。如何将实际偏心距与系统误差分离是一个本发明解决的重要技术难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有汽车轮毂自动化生产线PCD工位测量设备存在的问题，提供 一种方法简单、精确度较高、速度较快的汽车轮毂螺栓孔节圆中心和中孔中心偏心距视觉测 量方法，完成实际偏心距和系统误差的分离，得到更精确的偏心距测量结果。

本发明包括以下步骤：

1）测量系统误差标定；

2）测量轮毂偏心距。

在步骤1）中，所述测量系统误差标定的具体方法可为：

（1）选取该型号的任一轮毂，置于汽车轮毂自动化生产线PCD工位，根据轮毂型号， 得到轮毂螺栓孔节圆所在平面的位置坐标信息，控制相机上下移动，使其对焦于轮毂螺栓孔 所在平面；

（2）绕中心孔旋转轮毂，每隔固定角度由成像系统对其投影成像，轮毂旋转一周，采集 多幅图像；

（3）处理每一幅图像，多幅图像得到多个偏心距矢量；

（4）对多个偏心距矢量求平均值，得到该型号轮毂的系统误差矢量。

在步骤2）中，所述测量轮毂偏心距的具体方法可为：

（1）用亚像素阈值分割法得到轮毂中心孔亚像素边缘，通过亚像素最小二乘圆拟合得到 中孔中心；

（2）用亚像素阈值分割法得到轮毂螺栓孔亚像素边缘，通过亚像素最小二乘圆拟合得到 螺栓孔圆心；

（3）根据螺栓孔圆心坐标信息，进行最小二乘圆拟合，得到螺栓孔节圆中心；

（4）中孔中心指向螺栓孔节圆中心的矢量即为偏心距矢量，由中孔圆心与螺栓孔节圆中 心的距离（矢量长度）和中孔中心指向螺栓孔节圆中心所连直线到X轴非负半轴的角度（矢 量方向）表示。

根据与待测轮毂型号相同的轮毂标定所得的系统误差矢量，校正待测轮毂偏心距矢量， 得到轮毂实际偏心距矢量，其处理方法为：实际偏心距矢量为偏心距矢量与系统误差矢量的 矢量差。

本发明在汽车轮毂自动化生产线PCD工位上，对已知型号的任意一个轮毂进行标定，得 到该型号轮毂因轮毂螺栓孔节圆和中孔平面不共面及轮毂中心轴与成像系统光轴无法重合造 成的系统误差矢量；测量待测轮毂螺栓孔节圆中心与中孔中心的偏心距矢量，根据与待测轮 毂相同型号的轮毂标定所得系统误差矢量，校正测量所得待测轮毂偏心距矢量，得到待测轮 毂的实际偏心距矢量。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明不仅实现了汽车轮毂自动化生产线PCD工 位汽车轮毂螺栓孔节圆中心和中孔中心偏心距视觉测量系统系统误差的分离与偏心距的测 量，而且具有算法简单、精确度高、测量速度快等优点。

附图说明

图1为汽车轮毂自动化生产线PCD工位汽车轮毂PCD和中心孔偏心距测量系统组成示 意图。

图2为轮毂螺栓孔节圆中心（O_p）和中孔中心（O_c）偏心距（E）参数示意图。

具体实施方式

如图1和2所示，汽车轮毂自动化生产线PCD工位汽车轮毂PCD和中心孔偏心距视觉 测量系统，包括第1照明光源1、待测轮毂2、相机3、第2照明光源4、三维移动平台5、 连杆6、工控机。其中，相机3、待测轮毂2、第1照明光源1和第2照明光源4组成成像系 统。

三维移动平台5连接有运动控制卡，由工控机通过运动控制卡控制其运动。

相机3通过连杆6固定于三维移动平台5，并随三维移动平台5移动，负责对轮毂拍照 并将图像传入工控机，由工控机完成图像处理。

第1照明光源1位于待测轮毂2上方，第2照明光源4位于待测轮毂2下方，两组照明 光源共同为成像系统提供照明。

汽车轮毂偏心距视觉测量装置工作过程如下：

1.当进入工作状态时，打开第1照明光源1和第2照明光源4以及相机3；

2.对某已知型号的轮毂，任意选取一个轮毂完成标定，得到该型号轮毂的系统误差，具 体标定步骤如下：

a)根据已知的轮毂型号计算相机对焦平面位置并由工控机控制三维移动平台5带动相 机3上下移动相应的距离；

b)绕中心孔旋转轮毂，每隔固定角度对轮毂投影成像，轮毂旋转一周，采集多幅图像；

c)对每一幅图像，由亚像素阈值方法提取中心孔和螺栓孔的边缘，并分别进行最小二乘 圆拟合，得到中孔中心O_c坐标和轮毂螺栓孔节圆中心O_p坐标；根据螺栓孔的圆心坐标进行 最小二乘圆拟合，得到轮毂螺栓孔节圆中心坐标；由中孔中心指向螺栓孔节圆中心的矢量即 该图像所求轮毂偏心距E矢量；

d)对多幅图像分别处理，得到轮毂的多个偏心距矢量，对该多个矢量求平均，即得到该 型号轮毂的系统误差矢量；

e)保存该系统误差矢量，以供复用。

3.对每一个待测轮毂，执行步骤2中的a)部分，成像系统对轮毂投影成像，得到一幅图 像；对该幅图像做步骤2中的c)部分的处理，得到轮毂的偏心距矢量；

4.查询与该轮毂相同型号的轮毂所标定的系统误差矢量，偏心距矢量与系统误差矢量相 减，校正得到轮毂实际偏心距矢量。

5.输出测量结果，关闭第1照明光源1和第2照明光源4和相机3。