CN103900476A - 一种球销元件的自动分检装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球销元件的自动分检装置及其方法，包括步骤：S1、利用工业相机获取球销元件球头部位的图像、球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像；S2、根据该球销元件球头部位的图像检测球销元件球头部位圆心的位置，识别出该球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像中的各个部位的坐标定位；S3、根据该球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像中的各个部位的坐标定位，进行球销元件凹槽部位、球销元件螺纹部位、球销元件六角部位的检测，判定是否合格。该装置及其方法具有较好的识别效率及较低的运行耗时。

Description

一种球销元件的自动分检装置及其方法

技术领域

本发明涉及工业元件分检领域特别是涉及一种球销元件的自动分检装置及其方法。

背景技术

在工业元件的生产过程中由于工人误操作，可能使加工程序漏加工，从而导致不合格的产品。为了检测出这些不合格品，通常采用人工的方式。人工测量存在很多的局限性和缺点：检测效率低，精度差；检测数量有限、检测人员容易疲劳以致发生漏检和误判现象；不能自动测量，不能在线测量，为了提高检测速度，就不得不靠增加检测分选人员的数量来实现，进而生产成本大幅度提高。但由于人眼疲劳等原因，不合格品有可能漏检，从而造成工厂声誉和经济上的损失。

机器视觉技术是指运用计算机模拟动物的视觉功能，获得客观事物的图像，并且从中提取有用信息，进行处理并做出解释，从而正确的识别和理解周围环境。机器视觉的主要有以下特点：

高效低成本，计算机硬件的发展一直遵循着摩尔定理，并且CPU的价格也随着技术的发展不断降低但是性能却一直在上升，所以机器视觉系统也越来越变得低成本高效率，即所谓的性价比越来越高，并且操作起来简单，维修起来也很便宜。用机器视觉检测系统取代人工检测者让工厂和企业获得了更多的利润。

高精度，高精度的机器视觉系统甚至能够测量精确到0.01mm甚至更微小的级别，而且一个系统就能不需接触的测量图片中的多个部位，从而有效的保护了脆弱部件。

应用灵活，机器视觉系统可以测量各种不同的对象。比如，尺寸，大小，距离，部件定位，瑕疵等等。当要检测的对象变化后，只需要在算法和程序上做针对性的修改升级即可。

连续使用时间长，由于只需要有电源提供动力，除了故障和检修，机器视觉系统可以在各种环境下进行测量和使用，并且能够长时间使用而不会出现疲劳饥饿等人工检测者的状况。

机器视觉在工业元件检测系统中应用的关键问题是图像识别算法的准确率及运算耗时。由于待识别的工件部位尺寸往往比较小，工件部位是否合格的特征区别较为细微，而且分检系统运行在产品的生产流水线上，检测时常常受到油污等的干扰，这些因素都极大的影响了检测装置的准确率。为了突出工件待识别部位的细节信息，基于机器视觉的工业元件分检系统中摄像头所采集的图像信息量往往比较巨大，如果直接处理这些巨大的图像数据，计算量非常大，系统运行耗时很难满足实际需求。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为解决现有技术中分检系统的准确率低，耗时长的问题，本发明提供一种球销元件的自动分检装置，包括：柜体；第一工业相机，设置在柜体的内侧壁上，用于抓拍球销元件球头部位的图像；第二工业相机，设置在柜体的内顶壁上，用于抓拍球销元件凹槽部位的图像；第三工业相机，设置在该柜体的内顶壁上，用于抓拍球销元件螺纹部位的图像；第四工业相机，设置在该柜体的内侧壁上，与该第一工业相机相对，用于抓拍球销元件六角部位的图像；滑轨槽，水平设置在该柜体内侧壁上；激光线发射器，能在滑轨槽上滑行，用于将光线照射在该球销元件六角部位上；综合判定器，用于根据该球销元件球头部位的图像、球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像判定球销元件是否合格。

根据本发明的一个实施例，还包括多个灯源，设置在该柜体的内部。

本发明还提供一种球销元件的自动分检方法，包括步骤：S1、利用工业相机获取球销元件球头部位的图像、球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像；S2、根据该球销元件球头部位的图像检测球销元件球头部位圆心的位置，识别出该球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像中的各个部位的坐标定位；S3、根据该球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像中的各个部位的坐标定位，进行球销元件凹槽部位、球销元件螺纹部位、球销元件六角部位的检测，判定是否合格。

根据本发明的一个实施例，在该步骤S2中，通过使用Hough变换检测该球销元件球头圆心的位置。

根据本发明的一个实施例，在该步骤S3中，该球销元件凹槽部位的检测步骤包括：首先检测出凹槽部位的上、下边轮廓线，再分别统计上、下边轮廓线上的点拟合出的直线数目，最后判断该球销元件凹槽部位是否合格。

根据本发明的一个实施例，在该步骤S3中，该球销元件螺纹部位的检测采用的是指定方向的Sobel梯度算子进行边缘增强处理，再进行二值化处理并通过统计非背景像素点的个数判定该球销元件螺纹部位是否合格。

根据本发明的一个实施例，在该步骤S3中，该边缘增强处理的方法是：中间螺纹使用水平方向的锐化算子进行边缘增强处理，螺纹端口的倒角采用45°、135°方向的锐化算子进行边缘增强处理。

根据本发明的一个实施例，在该步骤S3中，该球销元件六角部位的检测包括步骤：先将红色激光线与背景区域的显著差异提取出激光线；再将该激光线上相邻的两点拟合成一条直线；若拟合出的直线为有限条的线段，则判断该球销元件六角部位合格。若该拟合出的直线为圆弧，该球销元件六角部位不合格。

本发明提供的球销元件的自动分检装置及其方法，采用光电检测装置触发工业相机，实时抓拍元件图像，通过检测出的球销元件球头圆心的位置定位各个部件的候选检测区域，根据螺纹、凹槽、六角等元件部位的特征实施有针对性的识别算法，在元件检测准确性及系统运行耗时方面都具有显著效果。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明实施例的球销元件的自动分检装置的结构示意图。

图2为本发明实施例的球销元件的自动分检方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种球销元件的自动分检装置，其特征在于，包括：柜体111；第一工业相机101，设置在柜体111的内侧壁上，用于抓拍球销元件球头部位107的图像；第二工业相机102，设置在柜体111的内顶壁上，用于抓拍球销元件凹槽部位108的图像；第三工业相机103，设置在柜体111的内顶壁上，用于抓拍球销元件螺纹部位110的图像；第四工业相机104，设置在柜体111的内侧壁上，与第一工业相机101相对，用于抓拍球销元件六角部位109的图像；滑轨槽112，水平设置该柜体11内侧壁上，例如是在与该第二工业相机所在内侧壁相邻的内侧壁上；激光线发射器106，能在该滑轨槽112上滑行，用于将光线照射在该球销元件六角部位109上；综合判定器100，用于根据该球销元件球头部位的图像、球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像判定球销元件是否合格。在本实施例中，还包括多个灯源105，设置在该柜体111的内部。

请参照图2，本发明还提供一种球销元件的自动分检方法，其特征在于，包括步骤：S1、利用工业相机获取球销元件球头部位的图像、球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像；S2、根据该球销元件球头部位的图像检测球销元件球头部位圆心的位置，识别出该球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像中的各个部位的坐标定位；S3、根据该球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像中的各个部位的坐标定位，进行球销元件凹槽部位、球销元件螺纹部位、球销元件六角部位的检测，判定是否合格。

在步骤S1中使用光电检测设备检测元件传送装置的位置，当元件传送装置到达工业相机的拍摄区域时，光电检测设备触发工业相机抓拍一张图像，供后续进行识别处理。

在该步骤S2中，通过使用Hough变换检测该球销元件球头圆心的位置。具体来说，Hough变换检测圆的基本思想是将候选图像区域中的所有点经过先经过预处理得到边缘点图像，然后这些边缘点被映射到一个三元参数空间，在参数空间中每个坐标点的元素都会对应一个累加值，对这些累加值进行累加统计求取峰值，就可以判断得到所要求的圆的圆心和半径了。直角坐标系中圆的方程为：

(x-x₀)²+(y-y₀)²＝R²

其中，x₀为圆心横坐标，y₀为圆心纵坐标，R为半径。要确定一个圆，就要确定这三个参数，我们结合Hough变换的思想就可以知道，要在参数空间之中建立一个三维累加器数组，记为P(x₀，y₀，R)。并根据上述圆的方程式逐步的变化x₀和y₀来计算满足方程式的解R

$R=\sqrt{{(x-x_0)}^2+{(y-y_0)}^2}$

并由此来更新累加器的值，最后累加器的峰值P_max(x₀，y₀，R)所对应的坐标即为圆心坐标。然后通过相机标定算法将实际的元件尺寸转换为图像尺寸，从而完成待识别部位的图像坐标定位。

在具体实施时，可以由世界坐标系到实际图像坐标系的映射方程组为：

$\left[\begin{array}{c}{X}_u\\ Y_u\\ 1\end{array}\right]=\frac{1}{Z_c}\left[\begin{array}{c}f,\mathrm{0,0,0}\\ 0,f,\mathrm{0,0}\\ \mathrm{0,0,1,0}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{R}_{3*3},t_{3*1}\\ 0_{1*3},1_{1*1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_w\\ Y_w\\ Z_w\end{array}\right]$

X_d＝X_u(1+kr²)^-1

Y_d＝Y_u(1+kr²)^-1

$\left[\begin{array}{c}{X}_f\\ Y_f\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{N}_x,\mathrm{0,0}\\ 0,N_y,0\\ \mathrm{0,0,1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_d\\ Y_d\\ 1\end{array}\right]$

其中，X_w，Y_w，Z_w为特征点的世界坐标，R_3*3为正交旋转矩阵，t_3*1为平移矩阵，f为摄像机焦距，Z_c为特征点在摄像机坐标系中的z坐标，X_u，Y_u为理想图像坐标；r²＝X² _u+Y² _u，k为畸变因子，X_d，Y_d为实际图像物理坐标；(x_c，y_c)为计算机图像中心，(N_x，N_y)为单位距离像素数。

然后就可以根据螺纹、凹槽、六角等各个特征部位的形状知识以及与球心的距离来确定它们的坐标定位。后续直接针对这些候选区域处理能够减少软件系统的运算量，减少系统耗时，并能够排除定位区域以外区域处理时对于识别准确率带来的干扰，提升识别准确率。

在步骤S3中，该球销元件凹槽部位的检测步骤包括：首先检测出凹槽部位的上、下边轮廓线，再分别统计上、下边轮廓线上的点拟合出的直线数目，最后判断该球销元件凹槽部位是否合格。具体来说，检测出凹槽部位的上、下边轮廓线后，分别从轮廓线的左端依次遍历线上的点，两相邻的点拟合成一条直线L_i，直线用极坐标(ρ_i，θ_i)的形式表示，其中ρ_i代表直线L_i到原点的垂直距离，θ_i代表x轴到直线L_i垂线的角度。当直线L_i与L_j的ρ和θ差别非常小时，则认为L_i与L_j为同一条直线，记为N_i，N_i的长度为M_i。当遍历到轮廓线的右端时，如果N_i不小于2，且M_max1，M_max2(M_i中的两个极大值)长度符合要求，则认为凹槽部位合格。

在步骤S3中，该球销元件螺纹部位的检测采用的是指定方向的Sobel梯度算子进行边缘增强处理，再进行二值化处理并通过统计非背景像素点的个数判定该球销元件螺纹部位是否合格。其中该边缘增强处理的方法是：中间螺纹使用水平方向的锐化算子进行边缘增强处理，螺纹端口的倒角采用45°、135°方向的锐化算子进行边缘增强处理。

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{1,0},-1\\ \mathrm{2,0,2}\\ \mathrm{1,0},-1\end{array}\right]$ $\left[\begin{array}{c}\mathrm{2,1,0}\\ \mathrm{1,0},-1\\ 0,-1,-2\end{array}\right]$ $\left[\begin{array}{c}0,-1,-2\\ \mathrm{1,0},-1\\ \mathrm{2,1,0}\end{array}\right]$

水平梯度Sobel算子  45°Sobel算子  135°Sobel算子

在步骤S3中，该球销元件六角部位的检测包括步骤：先将红色激光线与背景区域的显著差异提取出激光线；再将该激光线上相邻的两点拟合成一条直线；若拟合出的直线为有限条的线段，则判断该球销元件六角部位合格。若该拟合出的直线为圆弧，该球销元件六角部位不合格。在具体实施时，可以如前面所述，分别将激光线上相邻的两点拟合成一条直线L_i，其极坐标形式为(ρ_i，θ_i)。当直线L_i与L_j的θ差别非常小时，则认为L_i与L_j为同一方向上的直线，记为N_i，N_i的长度为M_i，如果M_max1+M_max2(M_i中的两个极大值)长度符合要求，则认为拟合出的线为有限条的线段，即六角部位合格。否则认为拟合出的线为圆弧，六角部位加工不合格。

本发明采用光电检测装置控制工业相机抓拍，通过球销类元件的球头圆心定位其它待检测部位，并设计了针对性强的识别算法，从而使基于机器视觉的球销类不合格品的自动分检系统具有较好的识别效率及较低的运行耗时。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种球销元件的自动分检装置，其特征在于，包括：柜体；第一工业相机，设置在所述柜体的内侧壁上，用于抓拍球销元件球头部位的图像；第二工业相机，设置在所述柜体的内顶壁上，用于抓拍球销元件凹槽部位的图像；第三工业相机，设置在所述柜体的内顶壁上，用于抓拍球销元件螺纹部位的图像；第四工业相机，设置在所述柜体的内侧壁上，与所述第一工业相机相对，用于抓拍球销元件六角部位的图像；滑轨槽，水平设置在所述柜体内侧壁上；激光线发射器，能在所述滑轨槽上滑行，用于将光线照射在所述球销元件六角部位上；综合判定器，用于根据所述球销元件球头部位的图像、球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像判定球销元件是否合格。

2.根据权利要求1所述球销元件的自动分检装置，其特征在于，还包括多个灯源，设置在所述柜体的内部。

3.一种球销元件的自动分检方法，其特征在于，包括步骤：

S1、利用工业相机获取球销元件球头部位的图像、球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像；

S2、根据所述球销元件球头部位的图像检测球销元件球头部位圆心的位置，识别出所述球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像中的各个部位的坐标定位；

S3、根据所述球销元件凹槽部位的图像、球销元件螺纹部位的图像、球销元件六角部位的图像中的各个部位的坐标定位，进行球销元件凹槽部位、球销元件螺纹部位、球销元件六角部位的检测，判定是否合格。

4.根据权利要求3所述球销元件的自动分检方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过使用Hough变换检测所述球销元件球头圆心的位置。

5.根据权利要求3所述球销元件的自动分检方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述球销元件凹槽部位的检测步骤包括：首先检测出凹槽部位的上、下边轮廓线，再分别统计上、下边轮廓线上的点拟合出的直线数目，最后判断所述球销元件凹槽部位是否合格。

6.根据权利要求3所述球销元件的自动分检方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述球销元件螺纹部位的检测采用的是指定方向的Sobel梯度算子进行边缘增强处理，再进行二值化处理并通过统计非背景像素点的个数判定所述球销元件螺纹部位是否合格。

7.根据权利要求6所述球销元件的自动分检方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述边缘增强处理的方法是：中间螺纹使用水平方向的锐化算子进行边缘增强处理，螺纹端口的倒角采用45°、135°方向的锐化算子进行边缘增强处理。

8.根据权利要求3所述球销元件的自动分检方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述球销元件六角部位的检测包括步骤：先将红色激光线与背景区域的显著差异提取出激光线；再将所述激光线上相邻的两点拟合成一条直线；若拟合出的直线为有限条的线段，则判断所述球销元件六角部位合格。若所述拟合出的直线为圆弧，所述球销元件六角部位不合格。

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