[发明专利]一种实时环形螺栓组装配引导与检测方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于计算机视觉技术领域，具体涉及一种螺栓组装配引导与检测方法。

背景技术

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。

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-1-2019,Guidelines for Pressure BoundaryBolted 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。

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，本发明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。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明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。本发明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。