活塞銷卡環(huán)壓裝不良在線檢測(cè)方法分析

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。

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