活塞銷卡環壓裝不良在線檢測方法分析

起富香

（廣州市嘉特斯機電制造有限公司，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使曲軸旋轉，活塞頂部還是燃燒室的組成部分?；钊N，是裝在活塞裙部的圓柱形銷子，它的中部穿過連桿小頭孔，用來連接活塞和連桿，把活塞承受的氣體作用力傳給連桿?？ɑ擅撀?，會導致活塞銷外串，造成拉缸甚至更嚴重的后果?；钊N卡簧的壓裝不良檢測，在活塞線上至關重要。

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。檢測方式可分為接觸式和非接觸式。針對不同卡簧的不同檢測方法，本文將對其優缺點進行分析，以方便選取合適的檢測方法。一般活塞裝配后在輸送線上的狀態如圖1所示。

圖1 活塞在活塞線上的狀態

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方法來進行檢測。

2 接觸式檢測方法

接觸式檢測是將檢測塊伸到活塞銷內部與卡簧進行接觸，通過位移傳感器檢測接觸塊的高度，與基準值進行比對得到結果。假設活塞銷卡簧的厚度為1 mm，將良品設為基準0，理論上當檢測值小于0、大于1時可以判定為不良。但在實際使用中，考慮到設備精度、活塞銷以及卡簧的公差等，將基準上下限值作相應的調整，以消除精度及公差的影響，得出如圖3所示數值。

圖3 接觸式檢測實驗數據

接觸式檢測中，由于傳感器直接與活塞銷進行接觸，所檢測出的數值比較準確，對活塞銷卡簧形式、光照環境等無要求，但其對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，如果生產線為混線生產，活塞品種較多時，接觸式檢測很難適應多元化的生產，所以在線通過式檢測中，比較少采用這種方法。

3 非接觸式檢測方法

非接觸式方法是基于機器視覺系統的一種檢測方法，機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。通過機器視覺產品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。

3.1 非接觸式檢測的流程

非接觸式檢測的流程如圖4所示。

圖4 非接觸式檢測流程圖

3.2 機器視覺系統組成

機器視覺系統可分為兩種：PC-BASED系統（圖5）和智能相機系統（圖6），兩種系統的硬件和軟件配置均有明顯差異。在PC-BASED系統中，相機只拍攝圖樣，系統依托圖像采集卡和計算機軟件對圖像進行處理、計算、識別，對軟件要求較高，需要專業人士進行編程維護；在智能相機系統中，智能相機擔當了拍攝圖樣、處理、計算、識別等工作，智能相機的資源管理器能配置視覺工具和處理視覺應用數據，其拖放式視覺工具貨盤和工具屬性表格能讓任務配置更加簡單。

圖5 PC-BASED系統組成圖

圖6 智能相機系統組成圖

兩種視覺系統的選擇可從多方面考慮：PC-BASED系統對軟件要求較高，如只需要一個視覺檢測點投入，可能和智能相機系統相當；但如果需要使用多個甚至數十個相機，PC-BASED系統的優勢就很明顯了。

3.3 活塞銷卡簧檢測的算法

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。針對不同的卡簧，所采用的檢測方法有所不同。

3.3.1 孔用彈性卡簧的檢測方法

孔用彈性卡簧的特征是比較明顯的，這使機器視覺識別起來相對于線型卡簧要容易些。孔用彈性卡簧裝入活塞內部槽后，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判定卡簧是否正確安裝入溝槽內，判定邏輯如下：

（1）對拍照結果進行校正，修正因角度、距離造成的圖像變形。

（2）控制器根據獲得的圖像，獲取活塞銷內圓直徑參數，然后以EC算法搜索到卡環的圓心位置以及卡環上兩個圓孔的圓心位置，并計算出兩個圓心的距離，即圖7所示A值，卡環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

（3）對A/B距離進行計測，通過兩個距離值來判定擋圈是否安裝入溝槽內；A/B的距離通過實際值的平均值±3σ來設定上/下限。A/B值有一個NG時，結果判NG；只有當A/B的值都在范圍內時，結果判OK。

（4）當無法檢出鉗孔時視為次品，判定為NG。

3.3.2 線型卡簧的檢測方法

線型卡簧的檢測相對而言比較復雜。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，在相機的成像上區別比較??；其次不同機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，單一的算法很難實現99.5%的檢出率。

算法一：利用卡簧和中心孔的圓心距進行測量。當卡銷正常安裝時，其圓心和中心孔的圓心之間的距離理論上是0；當卡銷安裝異常時，圓心距不等于0。這種檢測方法開始前需要進行位置修正，圓心之間距離的上下限值需要經過多次實驗得出。

算法二：對卡簧的最小半徑進行檢測。如安裝正常，則最小半徑每次檢測的數值應一致。由于線型卡簧存在缺口，用該種方法檢測時，需要取出多個點，并剔除最大、最小值。

算法三：計算活塞銷端面面積，如正常安裝，則每次的值應該一致，漏裝時值最大，多裝時值最小。這種計算方法中，未完全裝入狀態和正常安裝狀態有時候差異很小，存在很大的風險，因此只能作為一個輔助的算法。

綜合以上三種計算方法，對每種算法所得出的值進行一個評分，當評分值大于一定值時，就可以判定活塞銷卡簧壓裝為合格品。

非接觸式檢測中，在機器視覺的檢測范圍內，活塞銷不需要準確的定位，對設備的精度要求不高；如果生產線需要增加新的產品，非接觸式檢測只需要進行新產品的觸發拍照和計算就可以了，可以適應多元化的生產；且視覺系統不與活塞銷直接接觸，可防止二次污染；在線通過式檢測中，比較多采用該種檢測方法（檢測設備如圖8所示）。

圖8 活塞銷卡簧壓裝不良在線檢測設備

4 結語

本文對活塞銷卡簧壓裝不良情況進行了分析，并對幾種檢測方法進行了詳細的描述，對不同生產情況下如何選取不同的檢測方法具有一定的參考意義。這些檢測方法均能夠實現對活塞銷卡環壓裝質量的在線自動檢測，替代人工檢測，實現快速穩定的生產需求，提高生產效率。

[1]汽車百科全書編纂委員會.汽車百科全書[M].北京：中國大百科全書出版社，2010.

[2]劉文耀.數字圖像采集與處理[M].北京：電子工業出版社，2007.

[3]機械設計手冊編委會.機械設計手冊（新版）[M].北京：機械工業出版社，2004.

[4]鄭文緯，吳克堅.機械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，1997.