采用3D激光传感器的凸轮轴视觉检测系统.pdf
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1、SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯信 息 与 智 能 2023 NO.19 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯采用3D激光传感器的凸轮轴视觉检测系统吴宇杰 1 王栋 2 徐刚强 3 李阳 4 阚李近 3 张新娜 4(1.中国计量大学机电工程学院 浙江杭州 310018;2.中国计量大学工程训练中心 浙江杭州 310018;3.浙江博星工贸有限公司 浙江金华 321016;4.中国计量大学现代科技学院 浙江金华 322002)摘要:为了满足精密磨削凸轮轴的在线检测需要,设计并完成了采用3D激光传感器的凸轮轴在线检测系统。该系统搭
2、建了圆弧形滑槽和转台机械结构,改善采集的图像质量和实现凸轮轴多角度数据采集。通过图像处理技术标定图像信息中的关键点,使图像的线数据向点数据转化,实现凸轮轴的尺寸检测。实验结果表明:该文所述系统能够实现工业上精密凸轮轴的在线检测,检测精度可达0.05 mm,大大节省了人力、物力,具有较好的实用价值。关键词:3D激光传感器 机器视觉 在线检测 凸轮轴中图分类号:TP391.4文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2023)19-0030-05The Visual Detection System for Camshafts Using the 3D Laser SensorWU Yujie
3、1 WANG Dong2 XU Gangqiang3 LI Yang4 KAN Lijin3 ZHANG Xinna4(1.College of Mechanical and Electrical Engineering,China Jiliang University,Hangzhou,Zhejiang Province,310018 China;2.Engineering Training Center,China Jiliang University,Hangzhou,Zhejiang Province,310018 China;3.Zhejiang Boxing Industry&Tr
4、ade Co.,Ltd.,Jinhua,Zhejiang Province,321016 China;4.College of Modern Science and Technology,China Jiliang University,Jinhua,Zhejiang Province,322002 China)Abstract:In order to satisfy the need for the online inspection of precision-grinding camshafts,an online inspection system for camshafts using
5、 a 3D laser sensor is designed and completed.The system builds the circular chute and turntable mechanical structure,improves the quality of acquired images,and realize the multi-angle data acquisition of the camshaft.It calibrates the key points in image information by image processing technology,t
6、ransforms the line data of the image into point data,and then realizes the size inspection of the camshaft.Experimental results show that the system described in this paper can achieve the online inspection of precise camshafts in the industry with a detection accuracy of up to 0.05mm,which greatly
7、saves manpower and material resources and has good practical value.Key Words:3D laser sensor;Machine vision;Online inspection;Camshaft在凸轮轴生产过程中,企业通常会通过人工测量或借助一些接触式的工具来完成零部件表面的检测。于晓等人基于传统的凸轮轴测量仪,对坐标测量机做出了改造研究,使其分辨力提升到了1 m,提高了相对精度,同时具备了数据处理能力1。赖思琦等人设计了一款基于VB的凸轮轴升程检测系统,通过测头对凸轮的360接触测量,可以实现对凸轮的高精度测量同时实时
8、输出升程数据2。然而部分接触式的测量机从结果DOI:10.16661/ki.1672-3791.2303-5042-5700基金项目:金华市科技计划项目(项目编号:2020-1-030);浙江省教育厅一般科研项目(项目编号:Y202248587)。作者简介:吴宇杰(2000),男,硕士在读,研究方向为机器视觉在线检测。王栋(1968),男,本科,高级工程师,研究方向为智能检测系统。徐刚强(1985),男,本科,高级工程师,研究方向是机械设计及其自动化、智能制造技术及装备研究。30SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.19 信 息 与 智 能科技资
9、讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION上来看测量精度高,但存在凸轮表面划伤的风险,同时对环境要求更高、价格昂贵。随着近年来光学检测技术和计算机技术的迅猛发展,非接触式测量因其具有测量速度快、不会损伤待测工件表面等优点且环境条件达成简单,故逐步在工业生产中扮演了越来越重要的角色3-5。冯锦驰等人设计了一款凸轮外轮廓检测仪,其使用非接触式的直线光栅来检测凸轮的升程并且可以生成实测模型,在避免磨损的同时大大提高了测量结果的直观性6。王华敏等人基于图像处理对凸轮盘检测方法做出了研究,其对凸轮盘的摆放位置、角度以及工作环境均无严苛的要求,同时满足了0.3 mm的精度需求7。但是,
10、大部分非接触式测量难以满足高精度凸轮轴的检测需求。3D激光传感器检测精度最高能达到微米级,并能更快速地实时输出高精度的深度数据或3D点云数据。因此,本文针对精密磨削凸轮轴的轴向尺寸的高精度检测需求,以3D激光传感器为硬件基础,设计出凸轮轴轴向尺寸检测系统。1 3D激光传感器1.1 3D激光传感器应用原理3D激光轮廓传感器可实时输出高精度的深度数据或3D点云数据,依靠其内置的高精度算法被广泛运用于各种场合的高精度3D信息获取,具有设备结构紧凑、集成度高、操作便捷的优点。其工作原理主要通过内部图像采集系统获取被测物表面漫反射的激光轮廓线8,其工作状态如图1所示。1.2 3D激光传感器主要原理3D
11、激光轮廓传感器的主要原理是三角测量原理9-10,其是一种非接触性的位移测量方法。三角测量原理主要是光线在发射与反射的路径组成了两个对角相等的相似三角形,分为直入式和斜入式9-10。图2采用的是斜入式直接接收的原理,激光器发射激光穿过发射透镜斜射到被测物体表面,光线通过反射经过一段距离穿过接受透镜,再经过一段距离后在接收部位处成像。当被测物体进行一段距离为x的位移后,激光射到的被测物体表面与在传感器中的光线接收的成像位置也发生相应的移动,利用相似三角形的原理10,可以得出位移距离为:x=xsin 2cos 1sin 1-xsin()1+2(1)式(1)中,1为激光与被测物体表面反射后的夹角,2为
12、激光与成像部位的夹角。然而,3D激光轮廓传感器在采集被测物体表面轮廓信息时可能受到一些不稳定因素的影响,其影响采集信息的情况有:被测物体表面对于光线的反射效率过高从而使采集到的轮廓线过粗或者成像出一大块光团,如图3所示;环境光线过于杂乱或者亮度过高从而使采集图像整体发白,无法对图像信息的进行利用等。所以在使用3D激光传感器的过程中,通过调整入射角或者环境光线来改善成像质量是十分必要的。2 检测系统结构及其流程2.1 系统基本结构该系统可以分为硬件和软件两个部分,其整体结构图如图4所示。硬件部分包括:(1)上位机,用于控制即对PLC发出指令,同时可以控制3D激光传感器的抓取间隔以及接收采集图像信
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