[发明专利]用于检测回转部件质量的自动器具及检验方法

说明书

发明领域

本发明的内容涉及机器视觉自动检测装置的技术及其应用方法。该装置及软件系统可以快速，准确地检测外缘带有内凹槽的回转部件。

本发明的背景

对所有行业，产品安全都是至关重要的。尤其是汽车行业中大批量生产的汽车零件。许许多多的回转部件的质量检测控制是非常严格的，并要求做到100％逐一全检。例如，一款汽车主动安全带自动张紧系统中使用的驱动齿轮。这种驱动齿轮可以通过焊接(或其它的接合方法制造)将两片冲压(或铸造)的半球槽盖连结在一起以形成一个完整的具有外凹球槽的驱动齿轮，或由多轴数控加工中心或其他成形机器加工而成。如图1中所示的零件10就属于这一类驱动齿轮。其外缘具有向内凹的球槽12。该内凹的球槽12可以与滚珠11啮合以便驱动相连的其他部件。图2中所示的零件15表示了一个旋转的轴承内圈零件。其外缘的内凹轨16可以和外部的旋转球11啮合形成球轴承。对于这样的旋转部件，内部的球槽或内凹槽的尺寸精度必需进行适当的质量检测，以确保球与球槽或内凹槽的光滑平顺啮合驱动。

对于图1中所示的零件10，在顶盖17和底盖18之间的球槽的驱轮齿轮，齿轮功能要求所有球槽与滚珠11，(如在图3所示)，能够从外面很好地啮合。如图4所示，当所有的球11都进入凹球槽12啮合时，从顶部看，由球最外表面顶点形成的最小圆(在直径为Ds)必须符合设计尺寸范围，也就是说Ds_max＞Ds＞Ds_min。如果一个或多个凹球槽的加工误差超标时，球11将无法可靠的啮合到Ds_max和Ds_min限定的质量控制范围内。该零件将被视为球槽有缺陷的废品。

要检查出凹球槽的缺陷，以往的检查通常是手动执行的，借助于一个“通规”(内部直径Ds_max)和一个“止规”(内部直径Ds_min)检具。当检球都啮合到凹球槽内，那些合格的零件将可以通过“通规”，但不能穿过“止规”。其他的将被视为有缺陷的零件。

然而，手动检测方法的效率低，并依赖于操作者的技能和熟练程度。有时还会发生操作者的疏忽大意而出现漏检。因此手动检测方法也是不可靠的。此外，人工检测方法也不能对实际Ds的尺寸大小进行分类。统计出Ds的实际尺寸分布对上下游制造工序的生产管理，以及零件的质量等级分类具有重要意义。例如，可以根据Ds的实际尺寸变动趋势来预测前期冲压工序所用模具的磨损程度，以便及时更新或维修所用的模具。

综上所述，为实现对此类回转齿轮或轴承部件的高效质量检测和完善的生产管理的需求，有必要开发一个高效的自动检测设备和检验方法。

发明内容：

本发明是一种自动机器视觉检查系统。可以高效的自动检测外缘带有内凹槽的回转部件。如齿轮或轴承内圈。其中一个实施范例(实施范例1，如图5中所示)包括一套机器视觉系统，用相机捕捉到的图像包括整个待测内凹齿轮外缘部。此实施范例包括一个视觉像机，成像镜头，照明系统，控制计算机和图像获取和成像处理程序，待测内凹齿轮零件的夹具和夹具系统，以及检测球和推球杆。正如在图5中所示，每一个内凹球槽由推杆21和夹具从外部将检测球11压入凹球槽，全部检测球压入后，则自动触发视觉系统照相抓取图像，捕捉到的包含齿轮10和球11和推杆21的图像被自动传输到计算机程序做图像处理。每个推杆21上识别出所有的径向位置的基准标记22(交叉的标记或其他特征，便于模式识别)，然后推导出的待测齿轮的功能尺寸Ds。

然而，该方法受限于检查分辨率的要求。对相对较大的部件，例如，Ds达到55毫米，若要求检测系统达到高的像素分辨率，例如10微米/像素，则视觉检测系统需要的视场(FOV)约60x60mm。这样的相机需要达到36MP像素分辨率。这样的检测系统的成本会高得多。并且图像系统处理需要更长的时间来找出的功能的尺寸。此外，可用于所有的检测球的机械夹具系统也是非常复杂和高成本。

本发明的另一个优选的实施方案(实施范例2)如图6所示。在图6所示的本发明的装置中，包括照相机30，成像镜头32，照明(35)，控制计算机和图像获取和成像处理的程序，夹具40与集成的检测球11和检测球从动推杆43，和自动电机旋转工作台50的自动视觉检测系统。其中的视觉像机30，成像镜头32和照明系统35安装于待测内凹齿轮零件的上方。其中的视觉摄像系统的视场(FOV)41涵盖待测内凹齿轮36的左侧小半部分，以及检测球11和推杆43右侧部分。如在图7所示。在一个完整的检测周期期间，自动电机旋转工作台50转动待测零件36大约一圈，检测球11逐次被推杆43推入各球槽，以实现对所有球槽的检测。