CN103837097A - 一种基于图像处理的工件角度自动测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于图像处理的工件角度自动测量装置及测量方法，所述的装置包括依次连接位置矫正模块、图像抓取模块、图像处理模块和输出模块；所述的方法包括；在离线状态下设定工件中心位置；位置矫正模块自动对工作台上的待测工件的位置进行矫正，矫正完成后向图像抓取模块发出硬件触发信号；图像抓取模块接收到硬件触发信号后自动抓取待测工件的图像；图像预处理单元对对抓取的图像进行去噪和图像增强处理；角点提取单元通过角点检测算法提取图像中角点的坐标；角度计算单元计算所有角点的夹角；输出模块对结果进行保存或传输。与现有技术相比，本发明具有实时性好、测量精度高、无需人工参与等优点。

Description

一种基于图像处理的工件角度自动测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及工控自动测量领域，尤其是涉及一种基于图像处理的工件角度自动测量装置及测量方法。

背景技术

随着机器工业的产生，自动化技术开始改变人类的生产生活方式，目前，自动化技术已经广泛的应用到人类生产生活的各个领域。自动化技术的应用一方面将人类从繁杂的、危险的工作中解放出来，另一方面也大大节省了人力成本、提高了生产效率。

在工业生产过程中，经常需要对生产出来的工件进行角度测量，以用来控制产品的生产或者检验产品质量是否合格。目前常用的角度测量有机械式、光学测量技术、影像法等。这些测量技术虽然各有各的优点，但是缺点也是很明显，不能自动测量所有角度以及测量实时性差等。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实时性好、测量精度高的基于图像处理的工件角度自动测量装置及测量方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于图像处理的工件角度自动测量装置，该装置包括：

位置矫正模块，根据设定的工件中心位置自动对工作台上的待测工件的位置进行矫正，并发出硬件触发信号；

图像抓取模块，与位置矫正模块连接，接收到位置矫正模块发出的硬件触发信号后，自动抓取待测工件的图像；

图像处理模块，与图像抓取模块连接，接收图像抓取模块抓取的图像，并对该图像进行角点提取和角度计算处理；

输出模块，与图像处理模块连接，将图像处理模块计算的待测工件的角度输出。

所述的图像抓取模块为摄像头。

所述的图像处理模块包括依次连接的图像预处理单元、角点提取单元和角度计算单元。

一种基于图像处理的工件角度自动测量方法，该方法通过图像处理技术，自动定位待测工件的角度位置，并进行角度的测量，具体包括以下步骤：

1)在离线状态下设定工件中心位置；

2)位置矫正模块根据设定的工件中心位置自动对工作台上的待测工件的位置进行矫正，矫正完成后向图像抓取模块发出硬件触发信号；

3)图像抓取模块接收到硬件触发信号后自动抓取待测工件的图像，并将图像传输给图像处理模块；

4)图像预处理单元对对抓取的图像进行去噪和图像增强处理，突出待测工件的边缘和角点；

5)角点提取单元通过角点检测算法提取图像中角点的坐标，并根据预先定义的角点坐标范围，剔除在角点坐标范围外的角点；

6)角度计算单元遍历角点提取单元提取的角点，提取角点周围的直线上点的坐标，拟合形成夹角的两条直线，计算夹角，并将结果传输给输出模块；

7)输出模块对结果进行保存或传输。

所述的工件中心位置的设定步骤包括：

11)在离线状态下，在工作台上放置一个正方形的工件，并使该工件位于图像抓取模块的正下方；

12)图像抓取模块抓取一张正方形工件的图像并传输给图像处理模块，图像处理模块检测拍摄的图片是否为正方形，若是，则执行步骤13)，若否，则调整正方形工件的位置，执行步骤12)；

13)图像处理模块记录当前正方形工件的中心位置，并将该位置通过输出模块传输给位置矫正模块。

所述的图像增强处理采用的方法为直方图均衡化算法；所述的角点检测算法包括Susan角点检测算法和Harris角点检测算法。

所述的角度计算单元根据角点提取单元提取角点的坐标，计算待测工件的角度，其步骤如下：

a)对所述的角点提取单元中图像增强处理后的图像，进行边缘检测；

b)根据角点提取单元中提取的角点坐标，提取边缘检测后角点周围的局部图像；

c)对局部图像中形成角度的两条直线进行直线分割；

d)对分割后的图像进行轮廓提取，跟踪两条直线的轮廓，提取两条直线上点的坐标；

e)根据两条直线上点的坐标进行直线拟合，求出两条直线的斜率；

f)根据两条直线的斜率，计算直线的夹角；

g)重复步骤(b)～(f)，计算出所有的待测角度。

所述的步骤a)中的边缘检测采用的方法为Sobel边缘检测算法。

所述的步骤c)中的直线分割具体为将角点周围5个像素范围内的像素置为背景像素，将组成角度的两条直线分割开。

所述的步骤f)中的计算直线的夹角的公式为

a＝|tan^-1((k₁-k₂)/(1-k₁*k₂))|*180/π

其中a是两条直线的夹角，k₁和k₂是两条直线的斜率，π是圆周率。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明可以实现工件所有角度一次性自动测量，无需人工参与；

2)本发明具有较好的实时性和较高的测量精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明图像处理模块的结构示意图；

图3为本发明方法的流程示意图；

图4为本发明角度计算单元的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种基于图像处理的工件角度自动测量装置，该装置包括依次连接的位置矫正模块1、图像抓取模块2、图像处理模块3和输出模块4，其中

位置矫正模块1，根据设定的工件中心位置自动对工作台上的待测工件的位置进行矫正，并发出硬件触发信号；

图像抓取模块2，接收到位置矫正模块1发出的硬件触发信号后，自动抓取待测工件的图像；

图像处理模块3，接收图像抓取模块2抓取的图像，并对该图像进行角点提取和角度计算处理；

输出模块4，将图像处理模块3计算的待测工件的角度输出。

所述的图像抓取模块2为摄像头，可以采用高清的工业相机，能够接受硬件触发并抓取图片，然后将抓取的图片输出。

如图2所示，所述的图像处理模块3包括依次连接的图像预处理单元31、角点提取单元32和角度计算单元33，其中，图像预处理单元31对图像进行去噪和图像增强处理，角点提取单元32提取图像中的角点的坐标，角度计算单元33根据角点坐标计算角度。

如图3所示，一种基于图像处理的工件角度自动测量方法，该方法通过图像处理技术，自动定位待测工件的角度位置，并进行角度的测量，具体包括以下步骤：

在步骤101中，在离线状态下设定工件中心位置：

11)在离线状态下，在工作台上放置一个正方形的工件，并使该工件位于图像抓取模块的正下方；

12)图像抓取模块2抓取一张正方形工件的图像并传输给图像处理模块3，图像处理模块3检测拍摄的图片是否为正方形(即判断宽高比是否为1∶1)，若是，则执行步骤13)，若否，则调整正方形工件的位置，执行步骤12)；

13)图像处理模块3记录当前正方形工件的中心位置，并将该位置通过输出模块传输给位置矫正模块。

在步骤102中，位置矫正模块1根据设定的工件中心位置自动对工作台上的待测工件的位置进行矫正，矫正完成后向图像抓取模块2发出硬件触发信号。

在步骤103中，图像抓取模块2接收到硬件触发信号后自动抓取待测工件的图像，并将图像传输给图像处理模块3。

在步骤104中，图像处理模块3中的图像预处理单元31对对抓取的图像进行中值滤波去噪和图像增强处理，突出待测工件的边缘和角点；角点提取单元32通过角点检测算法提取图像中角点的坐标，并根据预先定义的角点坐标范围，剔除在角点坐标范围外的角点；角度计算单元33遍历角点提取单元提取的角点，提取角点周围的直线上点的坐标，拟合形成夹角的两条直线，计算夹角，并将结果传输给输出模块4。

在步骤105中，输出模块4将结果保存入数据库或作业控制信号传输。

所述的图像增强处理采用的方法为直方图均衡化算法；所述的角点检测算法不需要做硬性规定，角点检测不需要非常精确，可以采用Susan角点检测算法或Harris角点检测算法，Susan角点检测算法具有简单、抗噪声能力强、速度快等特点。

如图4所示，角度计算单元33根据角点提取单元32提取角点的坐标，计算待测工件的角度，其步骤如下：

a)对所述的角点提取单元32中图像增强处理后的图像，进行Sobel边缘检测；

b)根据角点提取单元32中提取的角点坐标(x，y)，提取边缘检测后角点周围的局部图像，所述的局部图像是中心坐标为角点坐标(x，y)，长宽均为2w的区域，该局部图像四个顶点分别为(x-w，y-w)，(x+w，y-w)，(x-w，y+w)，(x+w，y+w)；

c)对局部图像中形成角度的两条直线进行直线分割，直线分割具体为将角点周围5个像素范围内的像素置为背景像素，将组成角度的两条直线分割开；

d)对分割后的图像进行轮廓提取，跟踪两条直线的轮廓，提取两条直线上点的坐标；

e)根据两条直线上点的坐标进行直线拟合，求出两条直线的斜率，所述的直线拟合采用最小二乘法进行；

f)根据两条直线的斜率，计算直线的夹角，公式为

a＝|tan^-1((k₁-k₂)/(1-k₁*k₂))|*180/π

其中a是两条直线的夹角，k₁和k₂是两条直线的斜率，π是圆周率；

g)重复步骤(b)～(f)，计算出所有的待测角度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于图像处理的工件角度自动测量装置，其特征在于，该装置包括：

位置矫正模块，根据设定的工件中心位置自动对工作台上的待测工件的位置进行矫正，并发出硬件触发信号；

图像抓取模块，与位置矫正模块连接，接收到位置矫正模块发出的硬件触发信号后，自动抓取待测工件的图像；

图像处理模块，与图像抓取模块连接，接收图像抓取模块抓取的图像，并对该图像进行角点提取和角度计算处理；

输出模块，与图像处理模块连接，将图像处理模块计算的待测工件的角度输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的工件角度自动测量装置，其特征在于，所述的图像抓取模块为摄像头。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的工件角度自动测量装置，其特征在于，所述的图像处理模块包括依次连接的图像预处理单元、角点提取单元和角度计算单元。

4.一种如权利要求3所述的基于图像处理的工件角度自动测量方法，其特征在于，该方法通过图像处理技术，自动定位待测工件的角度位置，并进行角度的测量，具体包括以下步骤：

1)在离线状态下设定工件中心位置；

2)位置矫正模块根据设定的工件中心位置自动对工作台上的待测工件的位置进行矫正，矫正完成后向图像抓取模块发出硬件触发信号；

3)图像抓取模块接收到硬件触发信号后自动抓取待测工件的图像，并将图像传输给图像处理模块；

4)图像预处理单元对对抓取的图像进行去噪和图像增强处理，突出待测工件的边缘和角点；

5)角点提取单元通过角点检测算法提取图像中角点的坐标，并根据预先定义的角点坐标范围，剔除在角点坐标范围外的角点；

6)角度计算单元遍历角点提取单元提取的角点，提取角点周围的直线上点的坐标，拟合形成夹角的两条直线，计算夹角，并将结果传输给输出模块；

7)输出模块对结果进行保存或传输。

5.根据权利要求4所述的一种基于图像处理的工件角度自动测量方法，其特征在于，所述的工件中心位置的设定步骤包括：

11)在离线状态下，在工作台上放置一个正方形的工件，并使该工件位于图像抓取模块的正下方；

12)图像抓取模块抓取一张正方形工件的图像并传输给图像处理模块，图像处理模块检测拍摄的图片是否为正方形，若是，则执行步骤13)，若否，则调整正方形工件的位置，执行步骤12)；

13)图像处理模块记录当前正方形工件的中心位置，并将该位置通过输出模块传输给位置矫正模块。

6.根据权利要求4所述的一种基于图像处理的工件角度自动测量方法，其特征在于，所述的图像增强处理采用的方法为直方图均衡化算法；所述的角点检测算法包括Susan角点检测算法和Harris角点检测算法。

7.根据权利要求4所述的一种基于图像处理的工件角度自动测量方法，其特征在于，所述的角度计算单元根据角点提取单元提取角点的坐标，计算待测工件的角度，其步骤如下：

a)对所述的角点提取单元中图像增强处理后的图像，进行边缘检测；

b)根据角点提取单元中提取的角点坐标，提取边缘检测后角点周围的局部图像；

c)对局部图像中形成角度的两条直线进行直线分割；

d)对分割后的图像进行轮廓提取，跟踪两条直线的轮廓，提取两条直线上点的坐标；

e)根据两条直线上点的坐标进行直线拟合，求出两条直线的斜率；

f)根据两条直线的斜率，计算直线的夹角；

g)重复步骤(b)～(f)，计算出所有的待测角度。

8.根据权利要求7所述的一种基于图像处理的工件角度自动测量方法，其特征在于，所述的步骤a)中的边缘检测采用的方法为Sobel边缘检测算法。

9.根据权利要求7所述的一种基于图像处理的工件角度自动测量方法，其特征在于，所述的步骤c)中的直线分割具体为将角点周围5个像素范围内的像素置为背景像素，将组成角度的两条直线分割开。

10.根据权利要求7所述的一种基于图像处理的工件角度自动测量方法，其特征在于，所述的步骤f)中的计算直线的夹角的公式为：

a＝|tan^-1((k₁-k₂)/(1-k₁*k₂))|*180/π

其中a是两条直线的夹角，k₁和k₂是两条直线的斜率，π是圆周率。

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