基于机器视觉的零部件缺陷检测方法与流程

本发明涉及自动化检测，尤其涉及一种基于机器视觉的零部件缺陷检测方法。

背景技术：

1、齿轮作为机械传动系统中的核心元件，其加工精度直接影响传动效率、运行平稳性及使用寿命。目前，钢件滚齿成形齿轮因其高强度和良好的耐磨性，被广泛应用于汽车变速器、工程机械及精密减速机等领域。在滚齿加工过程中，齿距、齿廓、齿向及公法线长度等关键尺寸参数，是决定齿轮质量等级的重要指标。

2、传统的齿轮尺寸检测方法主要分为离线抽检与接触式测量两类。离线抽检通常采用齿轮测量中心或啮合仪进行，检测精度高，但效率低下，无法覆盖全部产品，存在漏检风险。同时，齿轮在滚齿机上完成加工后，需等待拆卸并送至检测室，该过程存在时间滞后，无法实时反馈加工设备的磨损状态（如滚刀磨损、主轴热变形），导致批量废品的产生风险增加。接触式测量则依赖探针逐齿扫描，检测速度慢，且触针长期接触工件易产生磨损，影响测量一致性，对于齿面硬度高的钢件齿轮，探针损耗问题尤为突出。

3、中国专利公开号：cn106091934a，公开了一种轴类零件机器视觉尺寸检测系统；两个工业相机保持距离并分别固定在传送带上端，在传送带的相应位置处则分别设置有条形光源与环形光源便于工业相机进行采光，电脑则另通过usb接口与e-dam输入输出模块相联，该e-dam输入输出模块另与io设备相联，通过工业相机将拍摄到的图像传回主界面控制模块内，从而由主界面控制模块对图像进行滤波、校正等预处理，提取轴类零件边缘图像的尺寸数据，形成标准图像。被检测的轴类零件实时图像通过与标准图像对比，检测尺寸合格与否，不合格的产品则搬运至废品区。由此可见，所述轴类零件机器视觉尺寸检测系统存在以下问题：

4、无法消除齿轮径向位移对成像精度的干扰，难以通过多特征空间关联分析分离测量伪差与真实加工误差，动态优化检测阈值以自适应实时工艺波动。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于机器视觉的零部件缺陷检测方法，用以克服现有技术中无法消除齿轮径向位移对成像精度的干扰，难以通过多特征空间关联分析分离测量伪差与真实加工误差，动态优化检测阈值以自适应实时工艺波动的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于机器视觉的零部件缺陷检测方法，包括：

3、基于钢件齿轮实际径向距离与标准半径的实际差值确定齿轮位置偏差是否超出视觉装置补偿能力范围，确定补偿位移量移动视觉装置或标记对应的钢件齿轮位置超差；

4、基于钢件齿轮的分区图像获取钢件齿轮关键参数，结合相邻齿轮的关键参数确定直径差值绝对值和位置差值绝对值，以确定相邻齿轮存在异常波动，其中所述关键参数包括齿顶圆直径和孔位置度；

5、响应于相邻齿轮异常波动，基于相邻齿轮对应的实际差值确定为测量伪差或标记为异常起始点调节关键参数的计算基准；

6、基于当前检测圈若干钢件齿轮的关键参数获取若干齿顶圆直径的直径斜率和极差以及若干孔位置度的均值和标准差，以确定当前检测圈是否存在加工漂移和孔加工波动以及圈内波动；

7、响应于圈内波动或孔加工波动，获取钢件齿轮各分区之间的对应偏移向量确定拟合圆心偏移量，以确定钢件齿轮存在孔位基准偏移，基于基准偏移来源差异化调节检测周期或视觉装置移动坐标；

8、获取当前检测圈若干齿顶圆直径的极差确定零件加工的工艺状态，响应于所述工艺状态调节确定相邻齿轮存在异常波动的相邻齿直径波动阈值。

9、进一步地，确定齿轮位置偏差是否超出视觉装置补偿能力范围的过程包括：

10、若实际差值小于等于补偿阈值，则判断齿轮位置偏差处于视觉装置补偿能力范围内，调节视觉装置坐标，确定补偿位移量移动视觉装置；

11、若实际差值大于补偿阈值，则判断齿轮位置偏差超出视觉装置补偿能力范围，标记对应的钢件齿轮位置超差，不参与当前检测圈的尺寸检测。

12、进一步地，所述钢件齿轮包括外缘齿圈区、轮面多孔区和中心凸起区，视觉装置分别获取外缘齿圈区、轮面多孔区和中心凸起区的图像；

13、若直径差值绝对值小于等于相邻齿直径波动阈值，且位置差值绝对值小于等于位置波动阈值，则判断相邻齿轮参数平稳；

14、若直径差值绝对值大于相邻齿直径波动阈值，或位置差值绝对值大于位置波动阈值，则判断相邻齿轮存在异常波动，基于相邻齿轮对应的实际差值确定是否为测量伪差。

15、进一步地，确定是否为测量伪差的过程包括：

16、相邻齿轮对应的实际差值为位置超差时，判定相邻齿轮的尺寸异常可信度低，标记为疑似测量伪差；

17、相邻齿轮对应的实际差值不为位置超差时，判定为真实加工异常，将相邻齿轮标记为异常起始点，调节异常起始点的相邻齿轮的直径差值绝对值和位置差值绝对值的计算基准。

18、进一步地，获取当前检测圈若干钢件齿轮的齿顶圆直径确定直径斜率；

19、所述直径斜率用于反映齿顶圆直径随加工顺序的变化趋势，若直径斜率绝对值小于等于临界趋势阈值，则判定齿顶圆直径稳定；

20、若直径斜率绝对值大于临界趋势阈值，则判定齿顶圆直径存在系统性加工漂移。

21、进一步地，在若干齿顶圆直径的极差小于等于临界极差阈值时，判定当前检测圈内的钢件齿轮的圈内一致性正常；

22、在若干齿顶圆直径的极差大于临界极差阈值时，判定当前检测圈内的钢件齿轮存在圈内波动。

23、进一步地，钢件齿轮各分区之间的对应偏移向量包括若干孔中心坐标相对于齿顶圆圆心的孔偏移向量，凸起圆心相对于齿顶圆圆心的凸偏移向量和中孔圆心相对于凸起圆圆心的中偏移向量。

24、进一步地，确定钢件齿轮存在孔位基准偏移的过程包括：

25、若拟合圆心偏移量小于等于孔位同心度阈值，则判断孔分布圆与齿顶圆同心；

26、若拟合圆心偏移量大于孔位同心度阈值，则判断对应钢件齿轮存在孔位基准偏移，确定基准偏移的来源。

27、进一步地，基于基准偏移来源差异化调节的过程包括：

28、若钢件齿轮疑似测量伪差且孔位偏移向量的方向与齿轮对应的实际差值的方向一致，则判断视觉装置移动后存在残余畸变导致测量伪差，将拟合圆心偏移量作为空间位置补偿值，调节视觉装置的移动坐标；

29、若存在孔位基准偏移的若干钢件齿轮的孔位偏移向量的方向固定，则判断孔加工工序的定位基准存在系统性偏移，减小钢件齿轮的定位夹具的检测周期。

30、进一步地，调节相邻齿直径波动阈值的过程包括：

31、若当前检测圈若干齿顶圆直径的极差小于等于历史极差基准值，则判断当前圈波动幅度优于历史平均水平，工艺状态稳定；

32、若当前检测圈若干齿顶圆直径的极差大于历史极差基准值，且小于等于历史波动上限，则判断当前圈波动幅度在历史正常波动范围内，工艺状态正常；

33、若当前检测圈若干齿顶圆直径的极差大于历史波动上限，则判断当前圈波动幅度显著增大，超出历史正常范围，工艺状态劣化；

34、在工艺状态正常和工艺状态劣化时，根据当前检测圈若干齿顶圆直径的极差与历史极差基准值的比值增大相邻齿直径波动阈值。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明对钢件滚齿成形齿轮尺寸进行智能检测，基于径向位置偏差的自适应成像补偿，有效消除了弧形条撞击导致的齿轮位移干扰，确保图像采集的精准性；通过相邻齿轮参数横向对比与圈内多齿数据拟合，精准识别加工过程中的随机波动与系统性漂移，并结合孔位偏移向量与凸起偏心向量的空间关联分析，溯源基准偏移的根源为视觉装置残余畸变或加工工序问题；以圈内极差为核心指标动态优化相邻齿波动阈值，使检测灵敏度与实时工艺状态相匹配；该工艺不仅实现了测量伪差与真实加工误差的有效分离，还通过闭环反馈调节视觉装置参数和检测阈值，显著提升了在线检测的准确性和适应性，为齿轮加工过程的智能化质量控制提供了可靠的技术支撑。

36、进一步地，本发明针对弧形条与进料口的钢件齿轮碰撞导致弧形条另一侧的钢件齿轮产生位移偏差情况，构建基于径向位置偏差补偿的自适应成像逻辑，有效消除了弧形条受撞击导致的齿轮位移干扰，确保多特征分区图像采集的精准性；利用相邻齿轮参数横向对比与圈内多齿数据拟合，精准识别加工过程中的随机波动与系统性漂移，并结合孔位偏移向量与凸起偏心向量的空间关联分析，溯源基准偏移的根源为视觉装置残余畸变或加工工序问题；以圈内极差为核心指标动态优化检测阈值，使检测灵敏度与实时工艺状态相匹配，实现了测量伪差与真实加工误差的有效分离，解决了旋转圆盘输送场景下因齿轮位移导致的成像干扰难题，保证了在线检测系统在复杂工况下的长期稳定运行。

37、进一步地，齿轮的尺寸超差时，超差可能原因包括真实加工误差和补偿不完美导致的测量误差；视觉装置移动后，原本优化好的光源角度相对于齿轮表面发生了变化，对于高反光的钢件齿轮，导致边缘提取精度波动；本发明通过将径向位置偏差作为数据可信度标签，实现了相邻齿轮异常波动时测量伪差与真实加工误差的有效分离；利用异常起始点动态调节计算基准，避免了单点异常对后续统计的持续污染；结合圈内多齿数据的直径斜率、极差和孔位置度标准差分析，精准识别加工漂移、圈内波动和孔加工波动。提升了钢件齿轮在线检测的抗干扰能力和数据可靠性，为滚齿成形齿轮的智能化质量控制提供了有力支撑。

38、进一步地，本发明通过多特征空间关联分析，以齿顶圆圆心为基准统一各特征坐标系，基于孔偏移向量获取拟合圆心偏移量，精准判断孔位基准偏移并溯源其来源为视觉装置残余畸变或加工工序问题；进一步通过基准偏移一致性系数识别统一方向基准偏移与多源独立基准问题，实现了对毛坯偏差、夹具偏移等不同根源的差异化预警与调节；本方法将孔位偏移向量方向与实际差值方向关联，有效区分测量伪差与真实加工异常，避免了误报警对生产的干扰，显著提升了钢件齿轮在线检测的溯源精度和工艺诊断能力。

39、进一步地，本发明通过提取圈内齿顶圆直径极差作为衡量工艺短期稳定性的核心指标，基于历史极差基准值与历史波动上限构建工艺状态分级判断体系，实现了对工艺稳定性的量化评估；在工艺状态正常或劣化时，根据当前极差与历史基准值的比值动态增大相邻齿直径波动阈值，使检测灵敏度与实时工艺波动幅度自适应匹配，有效避免了因工艺自然波动增大导致的频繁误报警；本方法将工艺状态监测与检测阈值调节深度关联，在保证异常检出能力的同时，显著提升了在线检测系统的运行稳定性和抗干扰能力。