CN108548781B - 一种砂轮混料均匀性图像检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种砂轮混料均匀性图像检测方法及装置，利用单色光源照射混料机内的混合料表面，并利用CCD相机采集混合料表面彩色图像；进而对彩色图像进行像素点提取，将满足单色光源颜色RGB值范围的像素点作为对比料分布点，通过标准差法或中心偏离法计算对比料分布点的离散度指标值，进而判断对比料在混合料内是否均匀分布，并以此表示混料是否均匀，能够针对混料均匀性做出定量的评价指标，进而保证砂轮产品的磨削性和稳定性，确保了砂轮产品的质量。
Description
技术领域
本发明涉及砂轮磨具制造及其检测领域，尤其涉及一种砂轮混料均匀性图像检测方法及装置。
背景技术
超硬磨料砂轮广泛应用于航空航天、军工等领域，对于砂轮的磨削性和稳定性要求很高，而砂轮的混料均匀性是影响磨削性和稳定性的重要因素之一。
砂轮制备工艺包括原材料准备、混料、压制、烧结几个基本工序。制备砂轮需要3-5种原料，含结合剂、磨料、填料等，制备砂轮时需要将不同粒径尺寸的粉料混合均匀后(混料工序)才能进行压制工序。在混料工序中，若混料不均将导致砂轮品质参差不齐，甚至同一砂轮不同径向和周向位置的性能完全不同，严重降低砂轮产品的质量。目前，混料工艺多采用人工混料和混料机结合的方式，混料机由料筒、传动系统、机座等组成，筒体在电机的带动下做匀速旋转运动，物料沿着桶壁做环向运动，形成物料上下方向的运动，加之料筒内保留的剩余空间和料筒的合理旋转速度，使参与混合的不同原料尽可能的相对运动，混合均匀。
现有技术中，评价是否混料均匀主要通过眼睛和经验判断，无实时监测的数据，这样就将导致不同操作者的判断存在差异，从而使同一批次产品的性能存在差异，且当结合剂、磨料和填料粒径、密度极差较大时，不能很好的掌握混料时间，最终导致混料不均匀，进而影响砂轮性能；进一步的，由于不同砂轮的配方和原材料不一，在缺少混料均匀性定量检测方法的条件下，无论是混料机混料还是人工混料都无法保证混合均匀，而混料不均匀将直接影响砂轮的磨削性能，并降低砂轮的稳定性等指标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种砂轮混料均匀性图像检测方法及装置，可以针对砂轮混料均匀性做出定量评价指标，并判断混料是否均匀，以控制混料机继续混料或者停止混料。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种砂轮混料均匀性图像检测方法，包括以下步骤：
步骤1：选择单色光源，进入下一步；
步骤2：启动混料机，控制混料机运行T时段后暂停混料机，进入下一步；
步骤3：使用步骤1中选择的单色光源照射混料机内混合料表面，并利用CCD相机采集混合料表面彩色图像P1，进入下一步；
步骤4：对P1进行彩色图像离散化处理，进入下一步；
步骤5：提取P1中每个像素点的RGB值，进入下一步；
步骤6：根据单色光源的RGB值范围，提取P1中满足单色光源的RGB值范围的像素点，其中，P1中满足单色光源的RGB值范围的像素点定义为Ni，i＝1、2、……、n，i表示第i个像素点，进入下一步；
步骤7：根据Ni的实际位置定义Ni的坐标Ni(xi,yi)，并利用离散趋势分析法对Ni(xi,yi)进行离散趋势分析，获得Ni的离散度指标值，进入下一步；
步骤8：根据步骤7中获得的Ni离散度指标值，判断混料机内混料是否均匀，进入下一步；
步骤9：若步骤8的判断结果为“是”，则停止混料机；若步骤8的判断结果为“否”，则进入步骤2，直至步骤8的判断结果为“是”后停止混料机。
步骤8中所述判断混料机内混料是否均匀的方法可采用绝对判断法或相对判断法；
所述绝对判断法为：将步骤7中获得的Ni的离散度指标值与理论值相比较，若Ni的离散度指标值大于理论值，则判断混料机内混料均匀；反之，则判断混料机内混料不均匀；理论值可参考混合料中各成分体积分数，根据具体需要并结合实际检测经验设置。
所述相对判断法为：连续重复多次所述步骤2至步骤7，得到多个Ni的离散度指标值，计算两两相邻的Ni的离散度指标值的差值，若最后连续两个差值均在差值阈限内，则判断混料机内混料均匀；反之，则判断混料机内混料不均匀。差值阈限可根据具体需要并结合实际检测经验设置。
步骤7中所述离散趋势分析法可采用标准差法或中心偏离法。
步骤3中所述标准差法包括以下步骤：
步骤A1：计算Ni的分布中心的坐标，Ni的分布中心的坐标记为
分别为Ni的坐标Ni(xi,yi)中横坐标、纵坐标的平均值；
其中
步骤A2：分别计算Ni的坐标Ni(xi,yi)中横坐标、纵坐标的标准差值Sx和Sy，并将Sx和Sy作为Ni离散度指标值；其中
步骤3中所述中心偏离法包括以下步骤：
步骤B1：计算Ni的分布中心的坐标，Ni的分布中心的坐标记为
分别为Ni的坐标Ni(xi,yi)中横坐标、纵坐标的平均值；其中
步骤B2：分别计算Ni中不同的像素点相对于像素点分布中心的偏移距离，其中，第i个像素点相对于像素点分布中心的偏移距离记为Lxyi；其中
步骤B3：计算Ni相对于Ni的分布中心的平均偏移距离
其中，
步骤B4：计算偏移距离的标准差值SL，并将SL作为Ni离散度指标值；其中
步骤1中所述选择单色光源的办法为：将混合料中体积分数在2％-10％范围内的非黑色、非白色、且不透明的原料的颜色作为对比色，并选择与该对比色颜色相同的光源作为单色光源；若混合料中的原料均不符合，则可向混合原料中加入体积分数在2％-5％之间的非黑色、非白色、且不透明颜料，颜料的颜色与混合料中原料的颜色均不相同，并将该颜料的颜色作为对比色，选择与对比色颜色相同的光源作为单色光源。
一种砂轮混料均匀性图像检测装置，其特征在于：包括
混料机，用于在控制器的控制下混料；
CCD相机，设置在混料机料筒端盖下，用于在控制器的控制下采集混料机内混合料表面彩色图像，并将采集到的混合料表面彩色图像发送给控制器；
单色光源，设置在混料机料筒端盖下，用于在控制器的控制下照射混料机内混合料表面，以使CCD相机采集混料机内混合料表面彩色图像；
控制器，用于控制混料机、CCD相机、单色光源动作，并用于接收、分析CCD相机采集到的混合料表面彩色图像，并显示分析结果。
根据权利要求7所述的一种砂轮混料均匀性图像检测装置，其特征在于：所述控制器采用工业计算机。
所述混料机内壁附着有遮光图层。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种砂轮混料均匀性图像检测方法，利用单色光源照射混料机内的混合料表面，并利用CCD相机采集混合料表面彩色图像；进而对彩色图像进行像素点提取，将满足单色光源颜色RGB值范围的像素点作为对比料分布点，通过标准差法或中心偏离法计算对比料分布点的离散度指标值，进而判断对比料在混合料内是否均匀分布，并以此表示混料是否均匀，能够针对混料均匀性做出定量的评价指标，进而保证砂轮产品的磨削性和稳定性，确保了砂轮产品的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的装置结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示：本发明所述的一种砂轮混料均匀性图像检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选择单色光源，进入下一步；
其中，选择单色光源的方法为：将混合料中体积分数在2％-10％范围内的非黑色、非白色、且不透明的原料的颜色作为对比色，并选择与该对比色颜色相同的光源作为单色光源；若混合料中的原料均不符合，则可向混合原料中加入体积分数在2％-5％之间的非黑色、非白色、且不透明颜料，颜料的颜色与混合料中原料的颜色均不相同，并将该颜料的颜色作为对比色，选择与对比色颜色相同的光源作为单色光源；
步骤2：启动混料机，控制混料机运行T时段后暂停混料机，进入下一步；
其中，T时段的长度可根据历史混料经验时间值设置；例如，根据历史混料经验，混料机运行5分钟可将混合料混料均匀，则将T时段设置为5分钟；
步骤3：使用步骤1中选择的单色光源照射混料机内混合料表面，并利用CCD相机采集混合料表面彩色图像P1，进入下一步；
由于单色光源的颜色与对比色的颜色相同，因此，当单色光源照射到混合料表面时，含量最多且不透明的原料能够反射大部分光线，而其他颜色的原料吸收了大部分光线，进而，CCD相机可采集到对比色和黑色相间的P1，一方面便于进行图像分析，另一方面选择含量最多的原料还可以增加混料均匀性判断结果的准确性；其中，CCD相机采集到对比色和黑色相间的P1中，对比色所占区域即为对比料在混合料中的分布区域，若对比色所占区域在P1中均匀分布，则对比料在混合料也均匀分布；
步骤4：对P1进行彩色图像离散化处理，进入下一步；
步骤5：提取P1中每个像素点的RGB值，进入下一步；
步骤6：根据单色光源的RGB值范围，提取P1中满足单色光源的RGB值范围的像素点，其中，P1中满足单色光源的RGB值范围的像素点定义为Ni，i＝1、2、……、n，i表示第i个像素点，进入下一步；
步骤7：根据Ni的实际位置定义Ni的坐标Ni(xi,yi)，并利用离散趋势分析法对Ni(xi,yi)进行离散趋势分析，获得Ni的离散度指标值，进入下一步；
其中，对彩色图像进行彩色图像离散化处理、提取彩色图像中每个像素点的RGB值、定义彩色图像中每个像素点的坐标均为图像处理领域的成熟技术，比如利用在MATLAB开发环境下自主编程设计图像处理分析软件即可实现上述功能，这里不再赘述；
进一步的，步骤7中所述离散趋势分析法可采用标准差法或中心偏离法；
所述标准差法包括以下步骤：
步骤A1：计算Ni的分布中心的坐标，Ni的分布中心的坐标记为
分别为Ni的坐标Ni(xi,yi)中横坐标、纵坐标的平均值；其中
步骤A2：分别计算Ni的坐标Ni(xi,yi)中横坐标、纵坐标的标准差值Sx和Sy，并将Sx和Sy作为Ni离散度指标值；其中
所述中心偏离法包括以下步骤：
步骤B1：计算Ni的分布中心的坐标，Ni的分布中心的坐标记为
分别为Ni的坐标Ni(xi,yi)中横坐标、纵坐标的平均值；其中
步骤B2：分别计算Ni中不同的像素点相对于像素点分布中心的偏移距离，其中，第i个像素点相对于像素点分布中心的偏移距离记为Lxyi；其中
步骤B3：计算Ni相对于Ni的分布中心的平均偏移距离
其中，
步骤B4：计算偏移距离的标准差值SL，并将SL作为Ni离散度指标值；其中
步骤8：根据步骤7中获得的Ni离散度指标值，判断混料机内混料是否均匀，进入下一步；
进一步的，步骤8中判断混料机内混料是否均匀的方法可采用绝对判断法或相对判断法；
所述绝对判断法为：将步骤7中获得的Ni的离散度指标值与理论值相比较，若Ni的离散度指标值大于理论值，则判断混料机内混料均匀；反之，则判断混料机内混料不均匀；理论值可参考混合料中各成分体积分数，根据具体需要并结合实际检测经验设置。
所述相对判断法为：连续重复多次所述步骤2至步骤7，得到多个Ni的离散度指标值，计算两两相邻的Ni的离散度指标值的差值，若最后连续两个差值均在差值阈限内，则判断混料机内混料均匀；反之，则判断混料机内混料不均匀。差值阈限可根据具体需要并结合实际检测经验设置；
其中，相对于相对判断法，对同类混合料多次判断混料是否均匀时，绝对判断法简单易行，不需要得到多个Ni的离散度指标值；但是，分别判断不同类混合料混料是否均匀时，由于可能不清楚理论值的大小，因此，可使用相对判断法进行判断；并且，相对判断法是根据多个Ni的离散度指标值比较得出的，误差容忍度较高；
步骤9：若步骤8的判断结果为“是”，则停止混料机；若步骤8的判断结果为“否”，则进入步骤2，直至步骤8的判断结果为“是”后停止混料机。
如图2所示：本发明所述的一种砂轮混料均匀性图像检测装置，其特征在于：包括
混料机1，用于在控制器2的控制下混料；
CCD相机5，设置在混料机1料筒端盖3下，用于在控制器2的控制下采集混料机1内混合料表面彩色图像，并将采集到的混合料表面彩色图像发送给控制器2；
单色光源4，设置在混料机1料筒端盖3下，用于在控制器2的控制下照射混料机1内混合料表面，以使CCD相机5采集混料机1内混合料表面彩色图像；
控制器2，用于控制混料机1、CCD相机5、单色光源4动作，并用于接收、分析CCD相机5采集到的混合料表面彩色图像，并显示分析结果。
进一步的，所述控制器2采用工业计算机。
优选方案为：所述混料机1内壁附着有遮光图层，保证混料机1料筒端盖3关闭后，混料机1内只有单色光源，而不会出现其他光线干扰CCD相机5采集混料机1内混合料表面彩色图像。
下面将以具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，以便于本领域技术人员进一步理解本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。
一种用于制造砂轮的配方中包括以下原料：金刚石(淡黄色)、碳化硅填料(灰绿色)、红色颜料、石墨粉(黑色)、偶联剂(透明色液体)、酚醛树脂(淡黄色粉体)和其他成分配料，具体配方如下：
步骤1：由于酚醛树脂为透明原料，因此酚醛树脂的颜色不能作为对比色；又因混料后，金刚石的表面通过偶联剂粘附有红色颜料，因此选择体积分数较大、不透明的、且粘附有红色颜料的金刚石的颜色作为对比色，即选用红色(RGB值：255,0,0)为对比色，即单色光源选用红色光源；
步骤2：将上述原料按照行业标准分别处理后加入混料机，利用控制器启动混料机运行5分钟后暂停混料机；
步骤3：利用控制器控制红色光源照射混料机内混合料表面，并利用CCD相机采集混合料表面彩色图像P1，并将采集到的P1传输给控制器；
其中，由于光源为红色，混合料内的其他原料均不是红色或者白色，可基本吸收红色光线，不会反射给CCD相机，因此CCD相机采集到的P1为红黑相间的彩色图像，红色即代表金刚石；因此，若P1中红色区域分布均匀，则表示混料均匀；
步骤4：利用控制器对P1进行彩色图像离散化处理；
步骤5：利用控制器提取P1中每个像素点的RGB值；
步骤6：利用控制器根据红色光源的RGB值范围，提取P1中满足红色光源的RGB值范围的像素点，根据检测需要，将红色光源的RGB值范围设置为{R,G,B/220≤R≤255，0≤G≤50，0≤B≤50}；进一步的，将P1中满足单色光源的RGB值范围的像素点定义为Ni，i＝1、2、……、n，i表示第i个像素点，Ni构成了P1中的红色区域，即代表金刚石在混合料中的分布区域；
步骤7：根据Ni的实际位置定义Ni的坐标Ni(xi,yi)，并利用离散趋势分析法对Ni(xi,yi)进行离散趋势分析，获得Ni的离散度指标值，进入下一步；
其中，所述离散趋势分析法采用标准差法或中心偏离法；
步骤8：本实施例采用相对判断法判断混料机内混料是否均匀，具体方法为：连续重复多次所述步骤2至步骤7，得到多个Ni的离散度指标值，若多个Ni的离散度指标值中相邻两次得到的离散度指标值的差值在差值阈限内，则判断混料机内混料均匀；反之，则判断混料机内混料不均匀；
步骤9：若步骤8的判断结果为“是”，则停止混料机；若步骤8的判断结果为“否”，则进入步骤2，直至步骤8的判断结果为“是”后停止混料机。
本发明所述的一种砂轮混料均匀性图像检测方法，利用单色光源照射混料机内的混合料表面，并利用CCD相机采集混合料表面彩色图像；进而对彩色图像进行像素点提取，将满足单色光源颜色RGB值范围的像素点作为对比料分布点，通过标准差法或中心偏离法计算对比料分布点的离散度指标值，进而判断对比料在混合料内是否均匀分布，并以此表示混料是否均匀，能够针对混料均匀性做出定量的评价指标，进而保证砂轮产品的磨削性和稳定性，确保了砂轮产品的质量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种砂轮混料均匀性图像检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选择单色光源，进入下一步；
选择单色光源的方法为：
将混合料中体积分数在2％-10％范围内的非黑、非白色、且不透明的原料的颜色作为对比色，并选择与该对比色颜色相同的光源作为单色光源；若混合料中的原料均不符合，则可向混合原料中加入体积分数在2％-5％之间的非黑、非白色、且不透明颜料，不透明颜料的颜色与混合料中原料的颜色均不相同，并将该不透明颜料的颜色作为对比色，选择与对比色颜色相同的光源作为单色光源；
步骤2：启动混料机，控制混料机运行T时段后暂停混料机，进入下一步；
步骤3：使用步骤1中选择的单色光源照射混料机内混合料表面，并利用CCD相机采集混合料表面彩色图像P1，进入下一步；
步骤4：对P1进行彩色图像离散化处理，进入下一步；
步骤5：提取P1中每个像素点的RGB值，进入下一步；
步骤6：根据单色光源的RGB值范围，提取P1中满足单色光源的RGB值范围的像素点，其中，P1中满足单色光源的RGB值范围的像素点定义为Ni，i＝1、2、……、n，i表示第i个像素点，进入下一步；
步骤7：根据Ni的实际位置定义Ni的坐标Ni(xi，yi)，并利用离散趋势分析法对Ni(xi，yi)进行离散趋势分析，获得Ni的离散度指标值，进入下一步；
步骤8：根据步骤7中获得的Ni的离散度指标值，判断混料机内混料是否均匀，进入下一步；
步骤9：若步骤8的判断结果为“是”，则停止混料机；若步骤8的判断结果为“否”，则进入步骤2，直至步骤8的判断结果为“是”后停止混料机。
2.根据权利要求1所述的一种砂轮混料均匀性图像检测方法，其特征在于，步骤8中判断混料机内混料是否均匀的方法可采用绝对判断法或相对判断法；
所述绝对判断法为：将步骤7中获得的Ni的离散度指标值与理论值相比较，若Ni的离散度指标值大于理论值，则判断混料机内混料均匀；反之，则判断混料机内混料不均匀；
所述相对判断法为：连续重复多次所述步骤2至步骤7，得到多个Ni的离散度指标值，计算两两相邻的Ni的离散度指标值的差值，若最后连续两个差值均在差值阈限内，则判断混料机内混料均匀；反之，则判断混料机内混料不均匀。
3.根据权利要求2所述的一种砂轮混料均匀性图像检测方法，其特征在于：步骤7中所述离散趋势分析法可采用标准差法或中心偏离法。
4.根据权利要求3所述的一种砂轮混料均匀性图像检测方法，其特征在于，步骤3中所述标准差法包括以下步骤：
步骤A1：计算Ni的分布中心的坐标，Ni的分布中心的坐标记为
分别为Ni的坐标Ni(xi，yi)中横坐标、纵坐标的平均值；其中
步骤A2：分别计算Ni的坐标Ni(xi，yi)中横坐标、纵坐标的标准差值Sx和Sy，并将Sx和Sy作为Ni的离散度指标值；其中
5.根据权利要求3所述的一种砂轮混料均匀性图像检测方法，其特征在于，步骤3中所述中心偏离法包括以下步骤：
步骤B1：计算Ni的分布中心的坐标，Ni的分布中心的坐标记为
分别为Ni的坐标Ni(xi，yi)中横坐标、纵坐标的平均值；其中
步骤B2：分别计算Ni中不同的像素点相对于像素点分布中心的偏移距离，其中，第i个像素点相对于像素点分布中心的偏移距离记为Lxyi；其中
步骤B3：计算Ni相对于Ni的分布中心的平均偏移距离
其中，
步骤B4：计算偏移距离的标准差值SL，并将SL作为Ni的离散度指标值；其中
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