CN103557996B - 四工位承压零件密封性视觉检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种四工位承压零件密封性视觉检测装置和方法，所述装置由三部分组成，第一部分为中芯轴（1）带动十字吊架（3）的同步运动机构，第二部分为待测工件的夹持和测量机构，第三部分为中芯轴（1）的支撑运动机构，其中第一部分在检测装置的上端，通过中芯轴（1）和位于检测装置支撑平台（19）下部的第三部分联接,第二部在检测装置的支撑平台（19）的支撑上表面上。本发明通过利用创新的检测原理和新颖的检测结构，可同时对四个零件进行检测，可极大提高测量效率，自动化检测程度高，适用范围广泛。

Description

四工位承压零件密封性视觉检测装置和方法

技术领域

本发明涉及一种零件密封质量检测装置和方法，具体涉及四工位承压零件密封性视觉检测装置和方法。

背景技术

机械承压零件在使用前需进行耐压试验，以验证其能否保证在设计压力下的气密性，机械承压产品应用领域相当广，如机械制造、石油、化工、供排水等多个领域。近年来由于承压零件气密性的失效而引发各种事故不计其数，给相关使用部门带来了巨大的损失，因此承压零件气密性决定着机器设备的安全性、可靠性和耐久性，承压零件气密性的检测是整套设备是否合格的关键评测指标之一。

传统的泄漏检测方法是将待测零件充入水或其它介质，通过观察和测量在特定时间内充入介质的减少量来实现的，这是一种直接的测量方式；基于这种方法又派生出另一种方法，即将待测物品充入一定压力的气体介质，然后置于水中观察，以被测物品周围是否产生气泡作为是否泄漏的标准。这两种方法操作简单、方便，对设备要求低，但存在着以下不足：（1）缺乏经济适用的检测手段和方法，要么精度不够，要么功能单一，而且价格昂贵，很难适应多品种密封元件的试验；（2）检测***极为落后，国内在密封元件整体性能方面的试验基本上没有什么试验装置，检测***大多是物理仪表，谈不上智能化。

发明内容

基于以上原因，发明提出了一种四工位承压零件密封性视觉检测装置和方法。

所述四工位承压零件密封性视觉检测装置，包括：中芯轴1、轴端联接套2、十字吊架3、气缸4、活塞顶头5、上夹板6、充气压块7、充气管8、恒压气泵9、水槽10、密封充气压板11、上密封衬垫12、照相机组13、下密封衬垫14、下夹板15、轴向套筒16、图像传感器17、控制处理器18、支撑平台19、传动轮20、减速器21、电机22、电机固定架23、联轴套筒24、芯轴气缸顶头25、芯轴气缸26、夹板固定螺柱组27。

所述装置由三部分组成，第一部分为中芯轴1带动十字吊架3的同步运动，第二部分为待测工件的夹持和测量机构，第三部分为中芯轴1的支撑运动机构，其中第一部分在检测装置的上端，通过中芯轴1和位于检测装置支撑平台19下部的第三部分联接；第二部分在检测装置的支撑平台19的支撑上表面上。第一部分为中芯轴1带动十字吊架3的同步运动，其中，中芯轴1的上端通过轴端联接套2和十字吊架3联接，轴端联接套2的上端和十字吊架3通过螺栓紧固联接，轴端联接套2的侧面和中芯轴1上端外表面通过螺栓紧固联接，这样可使中芯轴1和十字吊架3同步转动和同步上下移动；第二部分为待测工件的夹持和测量机构，其中，十字吊架3的四个悬臂上分别安装四套完全相同的夹持机构，实现对待测零件的测试取样，气缸4上端通过螺栓和悬臂紧固联接，气缸4的下端紧固联接上夹板6，上夹板夹板中心开有通孔，上夹板6和下夹板15通过夹板固定螺柱组27紧固联接，下夹板15上开设有与夹板固定螺柱组27相配合的螺孔，从而使下夹板15和夹板固定螺柱组27的相对位置固定，上夹板6通过夹板固定螺柱组27上端的两个紧固螺母进行固定，活塞顶头5为梯形圆柱轴结构，上端和气缸4的活塞联接，中端穿过上夹板6上开设的中心通孔，活塞顶头5下端圆柱表面上开设外螺纹，和充气压块7上端中心孔内螺纹紧固联接；充气压块7为内阶梯状空心圆柱结构，下端联接密封充气压板11，充气压板11下侧是上密封衬垫12，下密封衬垫14安置在下夹板15上面，待测工件放置在上密封衬垫12和下密封衬垫14之间，当气缸4充气时，活塞顶头5向下推动充气压块7，由于上夹板6和下夹板15之间的相对位置固定，充气压块7向下推动密封充气压板11，待测工件在上密封衬垫12和下密封衬垫14之间被夹紧，密封充气压板11中间开设圆孔，充气压块7侧壁上开设圆孔，恒压气泵9放置在夹持机构的外侧，恒压气泵9的充气管8穿过充气压块7侧壁上的圆孔，和密封充气压板11上开设的圆孔密封联接，恒压气体穿过上密封衬垫12的中心圆孔进入到待测工件内部，水槽10放置在支撑平台19上，水槽10内部沿水槽10内壁中间放置照相机组13，三个照相机之间呈120度夹角环形放置在水槽10内，围绕被测工件排列；第三部分为中芯轴1的支撑运动机构，其中，支撑平台19上端是平面，下端靠环形排列的支撑腿支撑，平面中心位置开设圆孔，圆孔上面安装一个轴向套筒16，中芯轴1穿过轴向套筒16和支撑平台19的中心圆孔，并可在其内转动，在支撑平台19的下端是芯轴气缸26，芯轴气缸26固定在地面平台上，芯轴气缸顶头25下端和芯轴气缸26固定联接，上端和中芯轴1的下轴端靠联轴套筒24联接，其中芯轴气缸顶头25和联轴套筒24靠紧固螺栓刚性联接，以使联轴套筒24和芯轴气缸顶头25固定而不会发生相对运动，中芯轴1的下端放入联轴套筒24内，并可在联轴套筒24内转动；电机22通过电机固定架23固定在联轴套筒24外壁上，与联轴套筒24紧固联接，电机22上侧联接减速器21，减速器21和传动轮20啮合，带动传动轮20转动，转动轮22和中芯轴1紧固联接，，传动轮20可以带动中芯轴1在联轴套筒24内转动，图像传感器17置于支撑平台19的下侧，，用于采集照相机组13拍摄的图像信息，控制处理器18放置图像传感器17的下侧，对采集的图像信息按照预先编制的计算机软件算法进行分析处理。

所述四工位承压零件密封性视觉检测方法为：将待测零件置入水容器中，利用环绕照相机组采集零件承压后气体泄露在水中形成的气泡数量和气泡大小的图像信息，通过四工位承压零件密封性视觉检测装置，采用中值滤波方法，滤除图像中的杂波，然后用考虑图像灰度、邻域均值和中值的最大方差阈值法对复杂背景下的图像进行准确的分割，提取缺陷区域的形状特征、灰度特征和聚类特征作为分类识别的依据，并从中选取最有利于缺陷分类的有效特征作为识别特征；采用加入动态因子的改进BP神经网络识别***，对承压零件表面缺陷进行识别。

本发明通过利用创新的检测原理和新颖的检测结构和方法，可同时对四个零件进行检测，可极大提高测量效率，自动化检测程度高，适用范围广泛。

附图说明

图1为本发明的四工位承压零件密封性视觉检测装置整体结构剖面示意图；

图2为上下夹板A-A方向联接固定示意图；

图3四工位承压零件密封性视觉检测装置整体结构俯视图；

图4为上夹板俯视图；

图5为下夹板俯视图；

图6为照相机组布置图。

具体实施例

所述四工位承压零件密封性视觉检测装置，包括：中芯轴1、轴端联接套2、十字吊架3、气缸4、活塞顶头5、上夹板6、充气压块7、充气管8、恒压气泵9、水槽10、密封充气压板11、上密封衬垫12、照相机组13、下密封衬垫14、下夹板15、轴向套筒16、图像传感器17、控制处理器18、支撑平台19、传动轮20、减速器21、电机22、电机固定架23、联轴套筒24、芯轴气缸顶头25、芯轴气缸26、夹板固定螺柱组27。

空间结构如图1所示，主要由三部分组成，第一部分为中芯轴1带动十字吊架3的同步运动；第二部分为待测工件的夹持和测量机构；第三部分为中芯轴1的支撑运动机构。其中第一部分在检测装置的上端，通过中芯轴1和位于检测装置支撑平台19下部的第三部分联接；第二部分在检测装置的支撑平台19的支撑上表面上；具体空间结构为：第一部分的空间结构为：中芯轴1的上端通过轴端联接套2和十字吊架3联接，轴端联接套2的上端和十字吊架3通过螺栓紧固联接，轴端联接套2的侧面和中芯轴1上端外表面通过螺栓紧固联接，这样可使中芯轴1和十字吊架3同步转动和同步上下移动。第二部分的空间结构为：十字吊架3的四个悬臂上分别安装四套完全相同的夹持机构，实现对待测零件的测试取样，具体而言，气缸4上端通过螺栓和悬臂紧固联接，气缸4的下端紧固联接上夹板6，上夹板示意图如图4所示，夹板中心开有通孔，下夹板如图5所示，上夹板6和下夹板15通过夹板固定螺柱组27紧固联接，联接方式如图2所示，下夹板15上开设有与夹板固定螺柱组27相配合的螺孔，从而使下夹板15和夹板固定螺柱组27的相对位置固定，上夹板6通过夹板固定螺柱组27上端的两个紧固螺母进行固定，因此，在夹板固定螺栓组27的联接下，上夹板6和下夹板15相对位置固定，且进行同步运动，并且由于上夹板6固定在气缸4的底端，气缸4固定在十字吊架3的吊臂上，十字吊架3和中芯轴1固定联接，因此气缸4、上夹板6、夹板固定螺柱组27和下夹板15和中芯轴1同步运动；活塞顶头5为梯形圆柱轴结构，上端和气缸4的活塞联接，中端穿过上夹板6上开设的中心通孔，活塞顶头5下端圆柱表面上开设外螺纹，和充气压块7上端中心孔内螺纹紧固联接；充气压块7为内阶梯状空心圆柱结构，下端联接密封充气压板11，充气压板11下侧是上密封衬垫12；下密封衬垫14安置在下夹板15上面，待测工件放置在上密封衬垫12和下密封衬垫14之间，当气缸4充气时，活塞顶头5向下推动充气压块7，由于上夹板6和下夹板15之间的相对位置固定，充气压块7向下推动密封充气压板11，待测工件在上密封衬垫12和下密封衬垫14之间被夹紧；密封充气压板11中间开设圆孔，充气压块7侧壁上开设圆孔，恒压气泵9放置在夹持机构的外侧，恒压气泵9的充气管8穿过充气压块7侧壁上的圆孔，和密封充气压板11上开设的圆孔密封联接，恒压气体穿过上密封衬垫12的中心圆孔进入到待测工件内部；水槽10放置在支撑平台19上，水槽10的体积以能够使夹持机构及被测工件完全没入水面下为标准；水槽10内部沿水槽10内壁中间放置照相机组13，三个照相机之间呈120度夹角环形放置在水槽10内，围绕被测工件排列；第三部分空间机构为：支撑平台19上端是平面，下端靠环形排列的支撑腿支撑，平面中心位置开设圆孔，圆孔上面安装一个轴向套筒16，中芯轴1穿过轴向套筒16和支撑平台19的中心圆孔，并可在其内转动；在支撑平台19的下端是芯轴气缸26，芯轴气缸26固定在地面平台上，芯轴气缸顶头25下端和芯轴气缸26固定联接，上端和中芯轴1的下轴端靠联轴套筒24联接，其中芯轴气缸顶头25和联轴套筒24靠紧固螺栓刚性联接，以使联轴套筒24和芯轴气缸顶头25固定而不会发生相对运动，中芯轴1的下端放入联轴套筒24内，并可在联轴套筒24内转动；电机22通过电机固定架23固定在联轴套筒24外壁上，与联轴套筒24紧固联接；电机22上侧联接减速器21，减速器21和传动轮20啮合，带动传动轮20转动，转动轮22和中芯轴1紧固联接，因此传动轮20可以带动中芯轴1在联轴套筒24内转动；图像传感器17置于支撑平台19的下侧，主要用于采集照相机组13拍摄的图像信息，控制处理器18放置图像传感器17的下侧，对采集的图像信息按照预先编制的计算机软件算法进行分析处理。

关于中芯轴1带动十字吊架3的同步运动，由于轴端联接套2的上端和十字吊架3通过螺栓紧固联接，轴端联接套2的下侧面通过螺栓与中芯轴1外表面紧固联接，因此中芯轴1和十字吊架3被紧固联接，当中芯轴1上下运动或旋转运动时，带动十字吊架3同步运动。

关于夹持机构，由于上夹板6和下夹板15被夹板固定螺柱组27联接固定，因此上下夹板是同步运动，并且它们之间相对位置是固定的，由于上夹板6固定在气缸4上，气缸4固定在十字吊架3的悬臂上，因此当十字吊架3运动时，可以带动上下夹板组成的夹持机构同步运动；当气缸4充气时，推动活塞顶头5向下运动，活塞顶头5推动充气压块7向下运动，由于充气压块7穿过上压板6的中心孔，因此充气压块7向下运动时，上下夹板组成的夹持机构静止不动，充气压块7推动密封充气压板11向下运动；待测工件放置在密封充气压板11下侧的上密封衬垫12和下夹板15上侧的下密封衬垫14之间，当密封充气压板11向下运动时，下夹板15静止不动，待测工件被密封充气压板11和下夹板15夹紧，上下密封衬垫为软性材质制造，主要起到密闭隔绝空气的作用；在充气压块7的侧壁上，开设圆孔，恒压气泵9的充气管8穿过圆孔和密封充气压板11的中心孔密封连接，并穿过上密封衬垫12进入到待测零件内部，以使恒压气体充入待测零件内部，实现零件内部的气体保压；在支撑平台19上，每个悬臂下的相应位置，放置水槽10，当中芯轴1上下运动时，可以将夹持机构及待测零件浸入水槽10的液面以下进行保压测试或者将待测零件从水中升起，实现待测零件的更换，当中芯轴1转动时，可实现四个工位的依次操作；当待测零件进行保压实验时，水槽10内的照相机组13连续拍照，获取零件缺陷处的气泡图像信息，图像信息通过图像传感器17传输到控制处理器18，由控制处理器18用专门的计算机图像处理软件对获取的泄露点处的气泡图像进行分析，以确定被测零件的质量标准。

关于中芯轴1的支撑运动机构，芯轴气缸顶头25为圆柱轴状，通过联轴套筒24和中芯轴1的下端联接，其中联轴套筒24和芯轴气缸顶头25通过螺栓固定联接，因此双方不会发生相对转动或相对轴向运动，而联轴套筒24和中芯轴1下端为滑动联接，双方可发生相对转动；芯轴气缸26充气工作时，推动芯轴气缸顶头25向上运动，芯轴气缸顶头25推动中芯轴1向上运动，此时联轴套筒24和电机22以及减速器21和传动轮20同步向上运动，中芯轴1推动十字吊架3向上运动，从而带动夹持机构的同步向上运动，当零件及夹持机构出水后，可进行零件的更换操作；当零件更换完毕，芯轴气缸26排气，在重力作用下，中芯轴1及十字吊架3向下运动，被测零件浸入水槽10中，进行保压实验；电机22固定在联轴套筒24的外表面，当电机22转动时，带动减速器21转动，减速器21带动传动轮20转动，传动轮20固定联接在中芯轴1上，因此传动轮20带动中芯轴1在联轴套筒24内转动，而此时联轴套筒24和电机22以及芯轴气缸顶头25的相对位置是固定不变，中芯轴1转动带动夹持机构转动到合适位置，实现四个工位依次装卸待测零件；轴向套筒16固定联接在支撑平台19上，中芯轴1从套筒中心穿过，保证中芯轴1的稳定和平衡。

所述四工位承压零件密封性视觉检测方法为：将待测零件置入水容器中，利用环绕照相机组采集零件承压后气体泄露在水中形成的气泡数量和气泡大小的图像信息，通过四工位承压零件密封性视觉检测装置，采用中值滤波方法，滤除图像中的杂波，然后用考虑图像灰度、邻域均值和中值的最大方差阈值法对复杂背景下的图像进行准确的分割，提取缺陷区域的形状特征、灰度特征和聚类特征作为分类识别的依据，并从中选取最有利于缺陷分类的有效特征作为识别特征；采用加入动态因子的改进BP神经网络识别***，对承压零件表面缺陷进行识别。

Claims (2)

1.一种四工位承压零件密封性视觉检测装置，所述装置由三部分组成，第一部分为中芯轴（1）带动十字吊架（3）的同步运动机构，第二部分为待测工件的夹持和测量机构，第三部分为中芯轴（1）的支撑运动机构，其中第一部分在检测装置的上端，通过中芯轴（1）和位于检测装置支撑平台（19）下部的第三部分联接，第二部分在检测装置的支撑平台（19）的支撑上表面上，其特征在于，在第一部分中，中芯轴（1）的上端通过轴端联接套（2）和十字吊架（3）联接，轴端联接套（2）的上端和十字吊架（3）通过螺栓紧固联接，轴端联接套（2）的侧面和中芯轴（1）上端外表面通过螺栓紧固联接，这样可使中芯轴（1）和十字吊架（3）同步转动和同步上下移动；在第二部分中，十字吊架（3）的四个悬臂上分别安装四套完全相同的夹持机构，实现对待测零件的测试取样，气缸（4）上端通过螺栓和悬臂紧固联接，气缸（4）的下端紧固联接上夹板（6），上夹板夹板中心开有通孔，上夹板（6）和下夹板（15）通过夹板固定螺柱组（27）紧固联接，下夹板（15）上开设有与夹板固定螺柱组（27）相配合的螺孔，从而使下夹板（15）和夹板固定螺柱组（27）的相对位置固定，上夹板（6）通过夹板固定螺柱组（27）上端的两个紧固螺母进行固定，活塞顶头（5）为梯形圆柱轴结构，上端和气缸（4）的活塞联接，中端穿过上夹板（6）上开设的中心通孔，活塞顶头（5）下端圆柱表面上开设外螺纹，和充气压块（7）上端中心孔内螺纹紧固联接；充气压块（7）为内阶梯状空心圆柱结构，下端联接密封充气压板（11），充气压板（11）下侧是上密封衬垫（12），下密封衬垫（14）安置在下夹板（15）上面，待测工件放置在上密封衬垫（12）和下密封衬垫（14）之间，当气缸（4）充气时，活塞顶头（5）向下推动充气压块（7），由于上夹板（6）和下夹板（15）之间的相对位置固定，充气压块（7）向下推动密封充气压板（11），待测工件在上密封衬垫（12）和下密封衬垫（14）之间被夹紧，密封充气压板（11）中间开设圆孔，充气压块（7）侧壁上开设圆孔，恒压气泵（9）放置在夹持机构的外侧，恒压气泵（9）的充气管（8）穿过充气压块（7）侧壁上的圆孔，和密封充气压板（11）上开设的圆孔密封联接，恒压气体穿过上密封衬垫（12）的中心圆孔进入到待测工件内部，水槽（10）放置在支撑平台（19）上，水槽（10）内部沿水槽（10）内壁中间放置照相机组（13），三个照相机之间呈120度夹角环形放置在水槽（10）内，围绕被测工件排列；在第三部分中，支撑平台（19）上端是平面，下端靠环形排列的支撑腿支撑，平面中心位置开设圆孔，圆孔上面安装一个轴向套筒（16），中芯轴（1）穿过轴向套筒（16）和支撑平台（19）的中心圆孔，并可在其内转动，在支撑平台（19）的下端是芯轴气缸（26），芯轴气缸（26）固定在地面平台上，芯轴气缸顶头（25）下端和芯轴气缸（26）固定联接，上端和中芯轴（1）的下轴端靠联轴套筒（24）联接，其中芯轴气缸顶头（25）和联轴套筒（24）靠紧固螺栓刚性联接，以使联轴套筒（24）和芯轴气缸顶头（25）固定而不会发生相对运动，中芯轴（1）的下端放入联轴套筒（24）内，并可在联轴套筒（24）内转动，电机（22）通过电机固定架（23）固定在联轴套筒（24）外壁上，与联轴套筒（24）紧固联接，电机（22）上侧联接减速器（21），减速器（21）和传动轮（20）啮合，带动传动轮（20）转动，转动轮（22）和中芯轴（1）紧固联接，传动轮（20）可以带动中芯轴（1）在联轴套筒（24）内转动，图像传感器（17）置于支撑平台（19）的下侧，用于采集照相机组（13）拍摄的图像信息，控制处理器（18）放置图像传感器（17）的下侧，对采集的图像信息按照预先编制的计算机软件算法进行分析处理。

2.一种利用权利要求1所述装置进行四工位承压零件密封性视觉检测方法，所述方法为：将待测零件置入水容器中，利用环绕照相机组采集零件承压后气体泄露在水中形成的气泡数量和气泡大小的图像信息，通过权利要求1所述的四工位承压零件密封性视觉检测装置，采用中值滤波方法，滤除图像中的杂波，然后用考虑图像灰度、邻域均值和中值的最大方差阈值法对复杂背景下的图像进行准确的分割，提取缺陷区域的形状特征、灰度特征和聚类特征作为分类识别的依据，并从中选取最有利于缺陷分类的有效特征作为识别特征；采用加入动态因子的改进BP神经网络识别***，对承压零件表面缺陷进行识别。