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(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，活塞頂部還是燃燒室的組成部分。活塞銷，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(dǎo)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(guān)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(yōu)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(tài)如圖1所示。

圖1 活塞在活塞線上的狀態(tài)

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(nèi)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(jié)果。假設(shè)活塞銷卡簧的厚度為1 mm，將良品設(shè)為基準0，理論上當(dāng)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(shè)備精度、活塞銷以及卡簧的公差等，將基準上下限值作相應(yīng)的調(diào)整，以消除精度及公差的影響，得出如圖3所示數(shù)值。

圖3 接觸式檢測實驗數(shù)據(jù)

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(shù)值比較準確，對活塞銷卡簧形式、光照環(huán)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(chǎn)線為混線生產(chǎn)，活塞品種較多時，接觸式檢測很難適應(yīng)多元化的生產(chǎn)，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(tǒng)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(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)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(tǒng)組成

機器視覺系統(tǒng)可分為兩種：PC-BASED系統(tǒng)（圖5）和智能相機系統(tǒng)（圖6），兩種系統(tǒng)的硬件和軟件配置均有明顯差異。在PC-BASED系統(tǒng)中，相機只拍攝圖樣，系統(tǒng)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(yè)人士進行編程維護；在智能相機系統(tǒng)中，智能相機擔(dān)當(dāng)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(yīng)用數(shù)據(jù)，其拖放式視覺工具貨盤和工具屬性表格能讓任務(wù)配置更加簡單。

圖5 PC-BASED系統(tǒng)組成圖

圖6 智能相機系統(tǒng)組成圖

兩種視覺系統(tǒng)的選擇可從多方面考慮：PC-BASED系統(tǒng)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(tǒng)相當(dāng)；但如果需要使用多個甚至數(shù)十個相機，PC-BASED系統(tǒng)的優(yōu)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?？子脧椥钥ɑ裳b入活塞內(nèi)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(nèi)，判定邏輯如下：

（1）對拍照結(jié)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(jù)獲得的圖像，獲取活塞銷內(nèi)圓直徑參數(shù)，然后以EC算法搜索到卡環(huán)的圓心位置以及卡環(huán)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(huán)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(nèi)；A/B的距離通過實際值的平均值±3σ來設(shè)定上/下限。A/B值有一個NG時，結(jié)果判NG；只有當(dāng)A/B的值都在范圍內(nèi)時，結(jié)果判OK。

（4）當(dāng)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(fù)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(qū)別比較小；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(xiàn)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(dāng)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(dāng)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(jīng)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(shù)值應(yīng)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(yīng)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(tài)和正常安裝狀態(tài)有時候差異很小，存在很大的風(fēng)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(dāng)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(nèi)，活塞銷不需要準確的定位，對設(shè)備的精度要求不高；如果生產(chǎn)線需要增加新的產(chǎn)品，非接觸式檢測只需要進行新產(chǎn)品的觸發(fā)拍照和計算就可以了，可以適應(yīng)多元化的生產(chǎn)；且視覺系統(tǒng)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(shè)備如圖8所示）。

圖8 活塞銷卡簧壓裝不良在線檢測設(shè)備

4 結(jié)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(chǎn)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?qū)崿F(xiàn)對活塞銷卡環(huán)壓裝質(zhì)量的在線自動檢測，替代人工檢測，實現(xiàn)快速穩(wěn)定的生產(chǎn)需求，提高生產(chǎn)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.

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

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