一种实时环形螺栓组装配引导与检测方法技术

本发明专利技术公开了一种实时环形螺栓组装配引导与检测方法，首先调用相机获取螺栓在法兰上的安装面的图像，利用灰度化处理、高斯滤波处理、二值图处理、膨胀运算等图像处理技术进行螺栓孔位标记；通过识别螺栓安装前后安装面上孔内图像的变动，来检测螺栓安装；其次以ASME中螺栓的十字交叉拧紧顺序作为螺栓拧紧顺序的判定依据，形成螺栓安装时的引导与检测的依据；最后根据安装时获取的实时图像，对其进行螺栓顺序安装阶段的判定，并根据判定结果反馈相应的引导和安装顺序正确与否的检测结果。本发明专利技术可以有效减少安装时间，减少顺序错误率，提升零部件连接的质量。提升零部件连接的质量。提升零部件连接的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种实时环形螺栓组装配引导与检测方法


[0001]本专利技术属于计算机视觉
，具体涉及一种螺栓组装配引导与检测方法。

技术介绍

[0002]环形螺栓组连接常用在两个管或桶形式的零件连接中。在实际使用中为保证两个管状零件连接的严密可靠，避免内部气液的泄露，多数使用成对的螺栓呈均匀分布的进行连接。因此，螺栓连接的可靠性对整体产品的装配性有直接影响，而螺栓连接的质量主要受到螺栓的装配工艺影响，其中螺栓的拧紧顺序是关键工艺步骤。目前在国内外机械领域，此类连接许多是手工装配，环形螺栓组的装配顺序也是依靠操作人员来完成。由于螺栓组的数量多，目前拧紧顺序通过在零件的螺栓孔上进行标号，费时费力，容易出错。因此增加一个监控系统，引导工人进行安装，并能对错误的装配顺序进行识别，是十分必要的。计算机视觉技术能够实时的对装配进行识别处理、逻辑判断，是实现智能化的必要手段。
[0003]环形螺栓组的应用场景众多，不同的零件连接所应用的工艺也不尽相同。尤其在环形螺栓组的螺栓数目和装配顺序上，都有不同的要求，这要求在具体的应用中进行适配。在“张晓庆.阀门环形螺栓组装配工艺优化及其实验研究[D]；哈尔滨工业大学,2013.”对某发动机的阀门环形法兰的研究中是以10个螺栓为研究对象，并建议在手工装配中采用对角线装配、多次拧紧是更合适的。在“李泽林.基于轴向预载的转子装配方法研究[D]；哈尔滨工业大学,2018.”对航空发动机转子各级盘的螺栓连接中是36个螺栓连接，并表示十字拧紧顺序装配效果最好。“ANSI/ASME PCC
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2019,Guidelines for Pressure Boundary Bolted Flange Joint Assembly[S].”建议一种法兰螺栓拧紧的工艺步骤。此安装工艺可满足标准精度的法兰螺栓密封需求。简要概述如下：1.检查法兰、螺栓、螺母、垫片的清洁性和完整性。2.根据工艺顺序，按十字交叉模式顺序对螺栓进行编号。3.拧紧，第一圈手动将螺栓预紧至总扭矩的20％～30％并检查间隙的均匀性；第二圈使用单个工具将螺栓预紧至总扭矩的50％～70％并检查间隙的均匀性(如果间隙不合理均匀，通过选择性拧紧螺栓进行适当调整)；第三圈使用单个工具将螺栓预紧至总扭矩的100％并检查间隙的均匀性；。4.检查，使用100％的目标扭矩拧紧，使用旋转的顺时针拧紧顺序拧紧一整圈，直到任何螺母的目标扭矩值达到100％时，螺母不再旋转；在可能的环境温度下，在24小时后进行最后一轮重新扭转。
[0004]综上所述，法兰螺栓连接工艺中，常用的是十字交叉拧紧和多轮次拧紧的装配方式。在实际操作过程中，由于螺栓的十字交叉拧紧顺序是一个相对复杂的拧紧顺序，尤其当法兰的连接螺栓数目较多时，很难保证装配工人能够按照既定的十字交叉拧紧顺序完成。另外，利用标记法对螺栓孔进行标记的方法虽然能够保证一定的效果，但是在实际应用中费时费力。为此，本专利技术专利通过计算机视觉技术，对法兰的螺栓安装面进行实时监控，对手工装配时螺栓的安装顺序进行实时引导与检测，确保法兰螺栓组装配时顺序的正确性。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种实时环形螺栓组装配引导与检测方法，首先调用相机获取螺栓在法兰上的安装面的图像，利用灰度化处理、高斯滤波处理、二值图处理、膨胀运算等图像处理技术进行螺栓孔位标记；通过识别螺栓安装前后安装面上孔内图像的变动，来检测螺栓安装；其次以ASME中螺栓的十字交叉拧紧顺序作为螺栓拧紧顺序的判定依据，形成螺栓安装时的引导与检测的依据；最后根据安装时获取的实时图像，对其进行螺栓顺序安装阶段的判定，并根据判定结果反馈相应的引导和安装顺序正确与否的检测结果。本专利技术可以有效减少安装时间，减少顺序错误率，提升零部件连接的质量。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
[0007]步骤1：使用相机获取法兰上的安装面的图像，并对图像进行预处理，标记安装面上的螺栓孔位置，生成螺栓孔坐标集；
[0008]步骤2：通过统计螺栓安装前后安装面上孔内图像的二值图中非零像素点数量的变动，并设定阈值作为螺栓安装与否的判定条件，来检测螺栓安装；将安装过程图像中标记的螺栓孔内图像分别与检测阈值进行对比，得到螺栓已安装的位置集合；
[0009]步骤3：根据螺栓数目，以ASME中螺栓的十字交叉拧紧顺序作为螺栓拧紧顺序的判定依据，对已装螺栓的装配顺序与应装螺栓顺序进行比对，得出螺栓装配顺序的识别结果，并生成相应的引导顺序和检测结果，将其编制为螺栓顺序的引导与检测逻辑程序；
[0010]步骤4：调用相机获取螺栓安装时的实时图像，进行螺栓顺序安装阶段的判定，并根据判定结果反馈相应的下一步引导和安装顺序正确与否的检测结果，将结果显示到相机获取的图片上，包括待装螺栓位置、顺序正确的螺栓位置和顺序错误的螺栓位置。
[0011]优选地，所述对图像进行预处理包括灰度化处理、高斯滤波处理、二值化处理和膨胀运算。
[0012]本专利技术的有益效果如下：
[0013]在现有的手工装配过程中，螺栓的拧紧顺序通过在零件的螺栓孔上进行标号，依靠人工进行辨别，费时费力，容易出错。另外在实际装配过程中，部分员工会追求“高效率”未按照螺栓的拧紧顺序步骤进行。这都将导致环形螺栓组类型的连接不能达到装配要求。本专利技术提供一种实时环形螺栓组装配引导与检测方法，为协助工人在环形螺栓组装配时，对拧紧顺序信息实时获取，减少错装顺序，本专利技术根据实时的螺栓装配状态，利用OpenCV图像处理技术，通过对安装图像识别，判定其安装状态，并根据判定结果显示出相应的引导和检测结果。本专利技术实现了依据环形螺栓组顺时针孔位信息向十字交叉拧紧顺序的生成，开发了可进行实时引导与检测的环形螺栓组装配系统，可以有效减少安装时间，减少顺序错误率，提升零部件连接的质量。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的总体方案设计图。
[0015]图2为本专利技术中采用的螺栓十字交叉拧紧顺序示意图。
[0016]图3为本专利技术中的螺栓顺序装配检测评估流程图。
[0017]图4为本专利技术中的螺栓装配检测原理图。
[0018]图5为本专利技术的系统验证时效果图。
具体实施方式
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0020]本专利技术提供一种实时环形螺栓组装配引导与检测方法，旨在解决环形螺栓组一类装配连接的手工装配时工人查找螺栓拧紧顺序费时费力、劳动强度大，以及容易出现安装顺序错误等问题。
[0021]为了解决以上技术问题，本专利技术通过计算机视觉、图像处理等技术实现了一种实时环形螺栓组装配引导与检测方法。首先调用相机获取螺栓在法兰上的安装面的图像，利用灰度化处理、高斯滤波处理、二值图处理、膨胀运算等图像处理技术进行螺栓孔位标记。通过识别螺栓安装前后安装面上孔内图像的变动，来检测螺栓安装。其次以ASME中螺栓的十字交叉拧紧顺序作为螺栓拧紧顺序的判定依据，形成螺栓安装时的引导与检测的依据。最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时环形螺栓组装配引导与检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：使用相机获取法兰上的安装面的图像，并对图像进行预处理，标记安装面上的螺栓孔位置，生成螺栓孔坐标集；步骤2：通过统计螺栓安装前后安装面上孔内图像的二值图中非零像素点数量的变动，并设定阈值作为螺栓安装与否的判定条件，来检测螺栓安装；将安装过程图像中标记的螺栓孔内图像分别与检测阈值进行对比，得到螺栓已安装的位置集合；步骤3：根据螺栓数目，以ASME中螺栓的十字交叉拧紧顺序作为螺栓拧紧顺序的判定依据，对已装螺栓的装配顺序与应装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淑侠，张悦庆，王守霞，姬瑞桦，曹逸豪，翟晗昕，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：