1、 硕士学位论文题 目 活塞包胶组件外观缺陷的机器视觉检测系统研究 四川大学硕士学位论文II活塞包胶组件外观缺陷的机器视觉检测系统研究活塞包胶组件是摩托车减震器中的关键零件。相对于传统的活塞而言，它具有耐摩擦性和自润滑性好，复合强度高，使用寿命长，配合精度高，加工便利等优点。摩托车产业在我国的兴盛使得活塞包胶组件的生产规模也随之扩大。但是迄今为止，我国尚未开发出检测活塞包胶组件的外观缺陷设备，企业仍然依靠人力目视和经验来检测活塞包胶组件，严重制约了产品质量和生产效率的提高。因此，开发具备高速度、高可靠性的活塞包胶组件自动检测设备势在必行。活塞包胶组件形状复杂、缺陷多样，激光检测技术、涡流检测技术
2、等表面缺陷检测技术不适用于活塞包胶组件的缺陷检测。而机器视觉技术具有非接触、高速、高灵活性、高可靠性、高稳定性和高自动化程度等优点，在工业检测中有明显的优势，广泛地应用在实际生产中。本文在借鉴国内外相关技术成果和研究文献的基础上，设计了活塞包胶组件外观缺陷检测的机器视觉系统。论文的主要研究内容包括以下方面：1） 结合课题要求，分析了活塞包胶组件存在的缺陷类型，提出了活塞包胶组件外观缺陷的机器视觉检测系统方案；2） 在分析机器视觉系统硬件构成的基础上，完成了相机、镜头、图像采集卡及光源的选型。同时，分析并比较了各种照明方式，为活塞包胶组件的缺陷检测设计了光学照明系统和图像自动获取系统；3） 通过
3、实验，对图像滤波和图像分割的多种经典算法的处理效果做了比较，并在此基础上提出了适用于本课题的图像分割方法：利用 OTSU 算法和固定阈值法相结合的算法来分割上端面图像，下端面图像的分割采用了自适应阈值处理的方法。侧面图像的分割则是结合了形态学操作提取边缘和自适应阈值分割算法。4） 针对活塞包胶组件的各种缺陷提出了模式分类识别算法：端面图像的摘要III缺陷识别以极坐标变换为基础，提取相应区域处理分割出目标，再以目标连通域的面积为依据判定缺陷；侧面图像结合了组件侧面轮廓分析和连通域特性分析来检测不同的胶套缺陷。并通过实验验证了上述算法的效果。5） 利用 MIL8.0 函数库进行软件编程和调试，完成
4、了软件系统的开发，实现了初始化相机，采集图像，处理图像，控制输出等功能。论文的主要创新性在于设计了针对活塞包胶组件的缺陷检测算法，并开发了基于机器视觉的活塞包胶组件缺陷检测的软件系统，为整个系统的实现铺平了道路，同时也可以为今后类似的零件检测提供了参考和借鉴。关键词：活塞包胶组件 机器视觉 缺陷检测 图像处理四川大学硕士学位论文IVStudy on Machine Vision System for Inspection of Piston-covering UnitMajor Precision Instrumentation for the image of unit side, we c
5、omplete the dectection by analysing contour line and blob informations. Then the performance of the algorithms is proved by experiments.5) The software for image acquisition and image processing were achieved based on Mil 8.0 function library.The innovations of this paper are that an algrithm is des
6、igned to recognise the defects of piston-covering unit, and a software system is developed for piston-covering unit based on machine vision technique. Our work paved a way to the realization of the auto-inspection of the piston-covering unit, and can provide reference for the inspection of similar p
7、arts in the future.Keywords: Piston-covering unit, Machine vision, Defect inspection, Image processing四川大学硕士学位论文VI目录1 绪论 .11.1 课题研究的目的及意义 .11.2 国内外研究现状 .21.2.1 活塞检测技术的研究现状 .21.2.2 表面缺陷检测技术的研究现状 .31.2.3 机器视觉技术及其发展 .41.3 论文的主要工作及内容安排 .62 活塞包胶组件视觉检测系统设计 .82.1 活塞包胶组件主要缺陷分析 .82.1.1 活塞铸件缺陷 .82.1.2 胶套缺陷 .9
8、2.2 活塞包胶组件视觉检测系统方案设计 .92.3 系统的硬件组成 .102.3.1 照明系统设计 .102.3.2 图像采集设备 .142.4 本章小结 .183 活塞包胶组件缺陷检测算法研究 .193.1 活塞包胶组件的图像预处理 .193.1.1 图像滤波 .193.1.2 图像分割 .213.1.3 本文采用的图像分割方法 .243.2 活塞包胶组件端面图像缺陷检测 .273.2.1 活塞包胶组件端面图像圆心的确定 .273.2.2 端面图像的极坐标变换 .283.2.3 端面图像缺陷的判定 .293.3 活塞包胶组件侧面图像缺陷检测 .343.3.1 基于活塞包胶组件侧面轮廓的缺陷
9、检测方法 .34目录VII3.3.2 基于连通域特性分析的组件胶套缺陷检测方法 .353.4 本章小结 .374 活塞包胶组件缺陷检测的软件系统实现 .384.1 MIL8.0 函数库 .384.2 活塞包胶组件缺陷检测软件设计 .394.2.1 活塞包胶组件缺陷检测主程序流程 .404.2.2 图像采集模块 .414.2.3 图像分析与处理模块 .414.2.4 输出控制模块 .444.3 软件的界面设计 .464.4 本章小结 .475 实验结果及分析 .486 总结与展望 .536.1 总结 .536.2 下一步的工作 .54参考文献 .55作者攻读硕士期间的研究成果与科研项目 .59声
10、明 .60致谢 .611 绪论11 绪论1.1 课题研究的目的及意义本论文的研究对象是用于摩托车减震器的活塞包胶组件。减震器的主要用途是抑制弹簧吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击，它关系着摩托车的舒适性及平稳性，减震器活塞正是其中的重要部件。如图 1.1 所示，传统的减震器活塞由活塞和聚四氟乙烯活塞环两个独立的零件组成，而活塞包胶组件将活塞胚体及聚四氟乙烯包胶做成一个整体，与传统的活塞相比，它具有下列优点 1：1） 整体式的活塞包胶组件加工便利，减少了一次加工误差，从而有效地提高了加工精度，以达到理想的配合精度； 2） 活塞包胶组件具有比传统结构更宽的聚四氟乙烯环带，增大了与工作缸的接触面积，
11、从而大大降低了活塞组件与工作缸之间的摩擦力；3） 活塞包胶组件的装配工艺简单，工序简化，使得工作效率也得到了提高。（a）传统活塞 （b）活塞包胶组件1- 活塞 2-聚四氟乙烯活塞环 3-活塞 4-聚四氟乙烯包胶图 1.1 传统活塞和活塞包胶组件结构示意图活塞包胶组件的优越性决定了它被推广使用的必然性。随着摩托车产业在我国的兴盛，市场上出现了巨大的摩托车零部件需求，活塞包胶组件也是其中之一。生产技术的提高和生产设备的改进实现了活塞包胶组件的大批量生产。以山西新环橡塑公司为例，其活塞包胶组件的年生产量高达 1200 万只。这些企业大多仍然依靠人力目视的手段来检测活塞包胶组件。检测检测手段的落后1
12、2 3 4四川大学硕士学位论文2不仅仅造成了人力资源的浪费，同时也使得检测的速度及精度均跟不上大规模生产的需求，严重制约了产品质量和生产效率的提高。因此，开发具备高速度、高可靠性的自动检测设备势在必行。1.2 国内外研究现状1.2.1 活塞检测技术的研究现状传统的活塞因其形状的复杂性需要检测的项目众多，包括活塞铸件、活塞高度、活塞外周形状、活塞直径、活塞环槽等参数 2。目前国内活塞生产厂商大多依靠超声波探伤专机、型线检测仪、圆度检测仪、三坐标测量机等对活塞进行分项检测。国外极重视自动检测设备的开发，一些著名的公司已成功研制出活塞自动检测系统，以美国通用电气公司为例，该公司就有针对不同型号活塞的
13、 DP346、DP406 、 DP469 三种 X 射线活塞检测系统。图 1.2 是 DP469 的实物图，该机型配备了 ISOVOLT 160 HS X 射线装置，用于检测重量低于 2 公斤，直径小于 100 毫米，高度小于 100 毫米的小尺寸活塞，能实现快速高效的在线检测。图 1.2 通用电气公司的 DP469 活塞检测机国内的高校、科研机构及生产厂商也早已开始了活塞检测设备的开发，孙军等在上个世纪九十年代就研制出了国内第一台智能型的、一次能自动测量出11 种尺寸参数的活塞综合检测仪 3；同一时期上海理工大学的陈寅等以工控机为核心，为上海活塞厂设计了一台高精度的活塞多参数综合检测仪 4；之后，四川大学的顾光武等 5以及山东滨州渤海活塞股份有限公司的翟可芬等 6也相继研制出了活塞自动检测及分选设备。这些设备都已经成功应用于实际生产中，
