CN111220131A - 基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射角度及速度的检测方法 - Google Patents

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尹建国
李勇
郭培全
熊天英
亓效钢
刘如伟
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Abstract

本发明涉及一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射角度及速度的检测方法，所述的抛射角度的检测方法，包括以下步骤：S1：光纤传感器模块检测到右弹丸穿过筛选片孔时，开始计时，当弹丸到达称体平面板时，启动横向、纵向高速摄像模块拍照；S2：上传拍照图像，对图像进行修整、滤波、特征值求出；S3：求取弹丸抛射角度，公式如下：α＝arctan(x1/h1)；β＝arctan(y1/h1)；式中，α为弹丸横向抛射角度，β为弹丸纵向抛射角度，x1为拍摄时刻弹丸横向偏移距离，y1为拍摄时刻弹丸纵向偏移距离，h1为拍摄时刻弹丸到筛选片的垂直距离。

Description

基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射角度及速度的检测方法
技术领域
本发明属于抛丸机检测设备技术领域，具体涉及一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射角度及速度的检测方法。
背景技术
抛丸机是利用高速旋转的叶轮把丸、砂抛掷出去，高速撞击零件表面，达到表面处理的要求的机械设备。经过处理的丸、砂金属耐磨性、耐腐蚀性、美观度提高，同时增强喷涂的附着力和均匀性。不同的金属工件处理标准也不一样，这就要求获知不同的抛丸机和不同的弹丸的抛射力度、喷射角度、抛射速度以及抛喷时间等参数，以实现高效率抛喷。弹丸抛射角度和速度是抛喷效果重要参数。所以获取抛丸机不同转速、不同弹丸下的抛射角度和速度是非常重要。
目前，国内外抛丸机行业测量抛射角度和速度的设备和方法没有。测量抛丸机抛射力度主要采用两种形式：1.美国EI与美国HOPE品牌产品的阿尔门试片—阿尔门测量仪。该测量仪的原理：利用高速运动的弹丸流对金属表面的冲击而使表面产生循环塑性应变层，由此导致该层的显微组织发生有利的变化并使表层引入残余压应力场。阿尔门试片是用来表示抛喷丸效果的一种标准样块，材质为SAE1070弹簧钢，对其进行抛喷丸后，因为残余应力的作用会使试片产生一定得弧度，使用弧高度测试仪可以测得弧高度来换算出抛喷丸强度。该方面优点，简单可靠，但测量的数据不准确，无弹丸方向概念，且测量结果随机性很大，没得到普遍推广；2.日本新东SINTO技术的测量设备。该设备测量原理就是利用一个压力传感器，采用计算机进行实时采集传感器的压力信号，获取一定的数据进行后，进行分析获得抛射力度。该测量设备测定的数据具有很多不确定性，测量数据极不准确，仅作为研究弹丸抛射力作为概念。
鉴于此，申请人已经提供设计了一种抛丸机弹丸的抛射检测装置，并申请发明专利，申请号为2020100946042。
上述专利申请中已经提供检测装置的具体结构，本申请以上述专利申请中提供的检测装置为基础，提供基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射角度及速度的检测方法。
上述专利申请中，实际给出两种不同的技术方案，第一种为不带摄像功能的检测装置，即不包含横向摄像模块、竖向摄像模块；第二种为带摄像功能的检测装置，即包含有横向摄像模块、竖向摄像模块。
本申请技术方案以上述专利申请中的第二种带摄像功能的检测装置为基础，针对该检测装置提出一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射角度及速度的检测方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供设计一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射角度及速度的检测方法，以解决现有技术中的技术问题。
为实现上述目的，本发明具体给出以下技术方案：
一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射角度的检测方法，包括以下步骤：
S1：光纤传感器模块检测到右弹丸穿过筛选片孔时，开始计时，当弹丸到达称体平面板时，启动横向、纵向高速摄像模块拍照；
S2：上传拍照图像，对图像进行修整、滤波、特征值求出；
S3：求取弹丸抛射角度，公式如下：
α＝arctan(x1/h1)；
β＝arctan(y1/h1)；
式中，α为弹丸横向抛射角度，β为弹丸纵向抛射角度，x1为拍摄时刻弹丸横向偏移距离，y1为拍摄时刻弹丸纵向偏移距离，h1为拍摄时刻弹丸到筛选片的垂直距离。
一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射速度的检测方法，包括以下步骤：
K1：采用以下公式计算弹丸运行加速度值，
a＝F/m；
其中，F为通过抛射力度检测方法检测到的弹丸抛射力度值，m为弹丸的质量；
K2：计算弹丸抛射过程中飞行时间值，具体步骤如下：
光纤传感器模块检测到弹丸穿过筛选孔时，开始计时，同时进行冲击力采样，在冲击力进入上升通道后记下弹丸运行时间，该时间减去采样周期时间记为△T；
多次采样获得△T序列，通过程序判断滤波算法，筛除超出正常阈值的时间数值；剩余时间值进行平均滤波处理，得到抛丸的运行时间△t；
K3：计算抛丸的飞行距离值，具体步骤如下：
过筛选片孔中心点和拍摄时刻弹丸位置中心点做延长线，得到弹丸在秤体平面板的着落点的横向偏移距离x和纵向偏移距离y；
求取弹丸在称体平面板着落点距离中心线的偏移距离z，公式如下：
z＝(x2+y2)1/2；
定义筛选片与称体平面板的垂直距离为h，求取弹丸的飞行距离S，公式如下：
S＝(h2+z2)1/2；
获取弹丸的飞行距离S序列，通过程序判断滤波算法，筛除超出正常阈值的飞行距离；剩余飞行距离值进行平均滤波处理，得到抛丸的飞行距离s；
K4：计算弹丸抛射速度值，公式如下：
V＝(s-a△t2/2)/△t。
作为优选，所述步骤K1中，抛射力度值F通过以下步骤获取：
K11：压力传感器采集弹丸冲击称体平面板产生的冲击力；
K12：采集到的冲击力数值通过程序判断滤波算法，筛除超出正常阈值的冲击力数值；
K13：剩余的冲击力数据作平均滤波处理，获得弹丸的冲击力。
作为优选，所述步骤K12中，正常阈值的确定基于本次冲击力测试的大数据；更加准确的确定出正常阈值的大小，提高抛射力度的检测精度。
所述步骤K12中采用的程序判断滤波算法采用现有技术中已知的滤波算法，在此不再赘述。
作为优选，所述步骤K2中，运行时间的正常阈值的确定基于本次运动时间的大数据；更加准确的确定出正常阈值的大小。
作为优选，所述步骤K3中，飞行距离的正常阈值的确定基于本次飞行距离的大数据；更加准确的确定出正常阈值的大小。
本发明的有益效果在于，采用全方位旋转压力传感器采集压力数据，提高压力数据的准确度和精度；对于本申请中抛射力度、角度和速度的测量提供准确的数据支撑；通过摄像机对弹丸运行轨迹拍摄，通过对拍摄图像的处理，获取弹丸的抛射角度，提高最终的测试准确度。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1是弹丸运行轨迹示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
如图1所示，本实施例提供的一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射角度的检测方法，包括以下步骤：
S1：光纤传感器模块检测到右弹丸穿过筛选片孔时，开始计时，当弹丸到达称体平面板时，启动横向、纵向高速摄像模块拍照；
S2：上传拍照图像，对图像进行修整、滤波、特征值求出；
S3：求取弹丸抛射角度，公式如下：
α＝arctan(x1/h1)；
β＝arctan(y1/h1)；
式中，α为弹丸横向抛射角度，β为弹丸纵向抛射角度，x1为拍摄时刻弹丸横向偏移距离，y1为拍摄时刻弹丸纵向偏移距离，h1为拍摄时刻弹丸到筛选片的垂直距离。
本实施例还提供一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射速度的检测方法，包括以下步骤：
K1：采用以下公式计算弹丸运行加速度值，
a＝F/m；
其中，F为通过抛射力度检测方法检测到的弹丸抛射力度值，m为弹丸的质量；
K2：计算弹丸抛射过程中飞行时间值，具体步骤如下：
光纤传感器模块检测到弹丸穿过筛选孔时，开始计时，同时进行冲击力采样，在冲击力进入上升通道后记下弹丸运行时间，该时间减去采样周期时间记为△T；
多次采样获得△T序列，通过程序判断滤波算法，筛除超出正常阈值的时间数值；剩余时间值进行平均滤波处理，得到抛丸的运行时间△t；
K3：计算抛丸的飞行距离值，具体步骤如下：
过筛选片孔中心点和拍摄时刻弹丸位置中心点做延长线，得到弹丸在秤体平面板的着落点的横向偏移距离x和纵向偏移距离y；
求取弹丸在称体平面板着落点距离中心线的偏移距离z，公式如下：
z＝(x2+y2)1/2；
定义筛选片与称体平面板的垂直距离为h，求取弹丸的飞行距离S，公式如下：
S＝(h2+z2)1/2；
获取弹丸的飞行距离S序列，通过程序判断滤波算法，筛除超出正常阈值的飞行距离；剩余飞行距离值进行平均滤波处理，得到抛丸的飞行距离s；
K4：计算弹丸抛射速度值，公式如下：
V＝(s-a△t2/2)/△t。
所述步骤K1中，抛射力度值F通过以下步骤获取：
K11：压力传感器采集弹丸冲击称体平面板产生的冲击力；
K12：采集到的冲击力数值通过程序判断滤波算法，筛除超出正常阈值的冲击力数值；
K13：剩余的冲击力数据作平均滤波处理，获得弹丸的冲击力。
所述步骤K12中，正常阈值的确定基于本次冲击力测试的大数据；更加准确的确定出正常阈值的大小，提高抛射力度的检测精度。
所述步骤K12中采用的程序判断滤波算法采用现有技术中已知的滤波算法，在此不再赘述。
所述步骤K2中，运行时间的正常阈值的确定基于本次运动时间的大数据；更加准确的确定出正常阈值的大小。
所述步骤K3中，飞行距离的正常阈值的确定基于本次飞行距离的大数据；更加准确的确定出正常阈值的大小。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射角度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：光纤传感器模块检测到右弹丸穿过筛选片孔时，开始计时，当弹丸到达称体平面板时，启动横向、纵向高速摄像模块拍照；
S2：上传拍照图像，对图像进行修整、滤波、特征值求出；
S3：求取弹丸抛射角度，公式如下：
α＝arctan(x1/h1)；
β＝arctan(y1/h1)；
式中，α为弹丸横向抛射角度，β为弹丸纵向抛射角度，x1为拍摄时刻弹丸横向偏移距离，y1为拍摄时刻弹丸纵向偏移距离，h1为拍摄时刻弹丸到筛选片的垂直距离。
2.一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射速度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
K1：采用以下公式计算弹丸运行加速度值，
a＝F/m；
其中，F为通过抛射力度检测方法检测到的弹丸抛射力度值，m为弹丸的质量；
K2：计算弹丸抛射过程中飞行时间值，具体步骤如下：
光纤传感器模块检测到弹丸穿过筛选孔时，开始计时，同时进行冲击力采样，在冲击力进入上升通道后记下弹丸运行时间，该时间减去采样周期时间记为△T；
多次采样获得△T序列，通过程序判断滤波算法，筛除超出正常阈值的时间数值；剩余时间值进行平均滤波处理，得到抛丸的运行时间△t；
K3：计算抛丸的飞行距离值，具体步骤如下：
过筛选片孔中心点和拍摄时刻弹丸位置中心点做延长线，得到弹丸在秤体平面板的着落点的横向偏移距离x和纵向偏移距离y；
求取弹丸在称体平面板着落点距离中心线的偏移距离z，公式如下：
z＝(x2+y2)1/2；
定义筛选片与称体平面板的垂直距离为h，求取弹丸的飞行距离S，公式如下：
S＝(h2+z2)1/2；
获取弹丸的飞行距离S序列，通过程序判断滤波算法，筛除超出正常阈值的飞行距离；剩余飞行距离值进行平均滤波处理，得到抛丸的飞行距离s；
K4：计算弹丸抛射速度值，公式如下：
V＝(s-a△t2/2)/△t。
3.根据权利要求2所述的一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射速度的检测方法，其特征在于，所述步骤K1中，抛射力度值F通过以下步骤获取：
K11：压力传感器采集弹丸冲击称体平面板产生的冲击力；
K12：采集到的冲击力数值通过程序判断滤波算法，筛除超出正常阈值的冲击力数值；
K13：剩余的冲击力数据作平均滤波处理，获得弹丸的冲击力。
4.根据权利要求3所述的一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射速度的检测方法，其特征在于，所述步骤K12中，正常阈值的确定基于本次冲击力测试的大数据。
5.根据权利要求4所述的一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射速度的检测方法，其特征在于，所述步骤K2中，运行时间的正常阈值的确定基于本次运动时间的大数据。
6.根据权利要求5所述的一种基于二维视觉的抛丸机弹丸抛射速度的检测方法，其特征在于，所述步骤K3中，飞行距离的正常阈值的确定基于本次飞行距离的大数据。
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