CN112179907A - 一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测系统，包括：利用采样圆盘、单片机、步进电机和数字显微镜组成的磨块表面图像采集单元；利用图像增强、阈值分割、缺陷边界统计和缺陷提取方法组成的磨块表面缺陷检测单元；利用上位机界面实现系统设置、图像采集、图像检测及检测结论直观呈现与操控的磨块表面缺陷检测方法与系统的显示单元。本发明可以连续采集磨块表面图像并对磨块表面缺陷进行数字化分析，能替代传统的人工检测。既消除了人工检测判断的主观性，又有利于减少因检测评价不准确而影响滚抛磨块使用效果。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术与装置领域，具体涉及一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测方法与系统。
背景技术
目前国内现有烧结型滚抛磨块的制备质量不高，不同批次滚抛磨块的质量不稳定，滚抛磨块制备工艺过程简单、参数控制不稳定、生产智能化程度较低，导致滚抛磨块磨损率高、抗冲击强度低导致不正常破碎等，主要表现在滚抛磨块表面存在黑心、杂质、凹凸等缺陷，这些问题直接影响加工效果、加工效率和使用经济性。因此，对滚抛磨块表面缺陷进行快速、准确检测，对滚磨光整加工技术精密化发展有着重要意义。
国内磨块生产和使用厂家因为受到技术、环境等因素的限制，仍然采用人工检测为主的检测方式。这种方式存在诸多弊端：检测效率低下、检测标准不统一、检测结果存在很大的主观性，且对检测人员有着较高的要求；检测人员的身体疲劳、经验不足都会影响到检测的可信度。为此，本发明设计一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测系统与方法。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的在于提供一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测方法与系统，其可以连续采集磨块表面图像并对磨块表面缺陷进行数字化分析，能替代传统的人工检测；既消除了人工检测判断的主观性，又有利于减少因检测评价不准确而影响滚抛磨块使用效果。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测方法与系统，其采集烧结型滚抛磨块表面图像并对缺陷进行数字化，以解决目前人工检测存在的主观性、不准确和效率低等问题。
一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测方法，具体包含以下步骤：
S1、采集滚抛磨块表面图像；
S11、将磨块放置在采样圆盘的采样点，单片机输出周期一定的PWM波驱动步进电机转动，步进电机带动采样圆盘转动，运送磨块到数字显微镜的视野范围内；
S12、单片机暂停PWM波输出，通过串口向上位机发送图像采集信号；
S13、上位机接收图像采集信号，控制数字显微镜采集磨块图像，通过串口向单片机发送图像采集完成信号；
S14、单片即接收图像采集完成信号，继续输出PWM波驱动步进电机，重复S11、 S12、S13步骤，直至采样圆盘的磨块采集完成。
S2、对滚抛磨块图像进行图像预处理；
S21、图像灰度化，能够在保持图像的形态特征的同时，大幅度地减少计算量，增加上位机处理速度，图像灰度化过程如下：
Gray(x,y)＝0.299R(x,y)+0.578G(x,y)+0.114B(x,y) (3)
式中：x、y为像素点坐标；R、G、B分别为图像中的红色分量、绿色分量、蓝色分量；
S22、高斯滤波，能够消除图像中孤立的噪声点，在消除噪声的同时，能够保护缺陷的边缘，使之不被模糊，高斯滤波首先通过高斯内核函数生成维数为3×3高斯核，接着通过高斯核对图像进行卷积运算，高斯内核函数计算过程如下：
式中：xg、yg为高斯核中点的坐标；σ为高斯函数的标准差；
S23、直方图均衡化，用于增加图像的对比度，使缺陷部分与背景对比更加明显，直方图均衡化过程如下：
(1)直方图归一化
式中：n为磨块图像中像素点总个数；nk为灰度值等于k的像素个数；P(k)为灰度值等于k时，归一化后的直方图；
(2)计算累积分布函数
(3)直方图均衡化
式中：M、N为图像的长度和宽度；L为灰度等级；round表示四舍五入取整运算； h(v)表示灰度值等于v时，均衡化后的直方图。
S3、利用最大类间方差法对磨块图像进行阈值分割，将磨块图像分割为图像背景、磨块、黑心缺陷三个区域；
阈值T的计算公式如下：
δ＝θ0θ1(μ0-μ1)2 (8)
式中：δ为通过阈值计算得到的方差；θ0为小于阈值T的像素占比，即背景像素占比；θ1为大于T的像素占比，即磨块缺陷像素占比；μ0为小于阈值T的像素平均灰度值；μ1为大于阈值T的像素平均灰度值；
对磨块图像中的每个像素依次进行计算，当方差δ取得最大值时，记录阈值T，利用阈值T进行图像分割，得到图像背景、磨块、黑心缺陷三个区域。
S4、统计磨块边缘像素点和磨块区域像素点数量，得到磨块区域周长和面积，计算磨块缺陷圆度；
磨块圆度计算公式如下：
c＝4πA/P2 (9)
式中：c为磨块区域圆度，A为磨块区域面积，P为磨块区域周长。
S5、计算磨块黑心缺陷尺寸；
S51、利用霍夫变换计算磨块图像的圆心(x0,y0)，半径R0；
S52、计算缺陷中像素点到圆心的距离di：
式中：(x,y)为磨块缺陷区域的像素点坐标；
S53、计算缺陷像素的加权系数wi：
S54、对磨块缺陷图像的单位像素面积进行加权，累加求和，确定磨块缺陷的面积 S，其计算过程如下所示。
本发明还提供一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测系统，其设备包括：采样圆盘、单片机、步进电机、数字显微镜和上位机；采样圆盘固定在步进电机的轴上，单片机与步进电机连接控制其转动和停止；单片机与上位机连接传递信号；上位机与数字显微镜连接控制其拍摄磨块图像。
本发明的有益效果是：滚抛磨块表面缺陷可进行数字化分析，对不同角度拍摄的磨块图像提供客观、一致的检测结果，消除人工检测的主观性，提高检测效率和准确率，减少人工检测成本，为制备高性能滚抛磨块提供反馈依据，使滚磨光整加工技术朝着更精密、自动化与智能化的方向发展。
附图说明
图1为本发明实施例提供的滚抛磨块缺陷检测系统示意图；
图2为本发明实施例提供的供料圆盘示意图；
图3为本发明实施例提供的滚抛磨块缺陷检测处理流程图；
图4为本发明实施例提供的滚抛磨块图像采集流程图；
图5为本发明实施例提供的滚抛磨块缺陷计算流程图；
图6为本发明实施例提供的磨块黑心缺陷检测界面示意图；
图7为本发明实施例提供的磨块圆度异常检测界面示意图；
图中：1、单片机；2、步进电机；3、供料圆盘；4、数字显微镜；5、上位机。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1、2所示，本发明提供一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测系统，所需设备包括：单片机1、步进电机2、供料圆盘3、数字显微镜4及上位机5；其中，单片机分别连接步进电机与上位机，由步进电机带动采样圆盘运转；上位机连接数字显微镜，数字显微镜分布于采样圆盘上方。
如图3所示，烧结型滚抛磨块表面缺陷检测方法，具体步骤如下：
(1)将磨块放置在采样圆盘的采样点，单片机输出周期一定的PWM波驱动步进电机转动，步进电机带动采样圆盘转动，运送磨块到数字显微镜的视野范围内；
(2)单片机暂停PWM波输出，通过串口向上位机发送图像采集信号；
(3)上位机接收图像采集信号，控制数字显微镜采集并保存磨块图像，通过串口通信向单片机发送图像采集完成信号，具体图像采集信号如图4所示；
(4)上位机检测磨块缺陷，计算、保存并显示磨块缺陷尺寸数据，具体如图5所示；
(5)单片即接收图像采集完成信号，继续输出PWM波驱动步进电机，重复步骤 (2)、(3)、(4)，直至采样圆盘的磨块检测完成，其检测情况如图6、7所示。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，本技术领域的普通技术人员通过阅读本发明说明书对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (4)
1.一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
(1)利用采样圆盘、单片机、步进电机、数字显微镜采集滚抛磨块表面缺陷图像；
(2)利用加权平均法将磨块图像转为灰度图像，使用核维数为3×3、标准差为0.8的高斯窗口进行滤波处理，通过直方图均衡化对磨块图像进行图像增强；
(3)利用最大类间方差法对磨块图像进行阈值分割，将磨块图像分割为图像背景、磨块、黑心缺陷三个区域；
(4)统计磨块边缘像素点和磨块区域像素点数量，得到磨块区域的周长、面积，计算磨块的圆度；
(5)通过孔洞填充、像素取反、图像相加等操作提取磨块黑心缺陷，对黑心缺陷区域进行像素点加权求和计算磨块缺陷尺寸；
(6)通过上位机界面显示磨块圆度和黑心缺陷检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测方法，其特征在于：所述磨块缺陷尺寸计算方法如下：磨块图像中每个像素点设定为面积为1的单位区域，对缺陷区域的像素点乘以加权系数，计算缺陷区域的累加和，确定滚抛磨块缺陷的面积。
所述加权系数的计算过程如下：
(1)利用霍夫变换计算磨块图像的圆心坐标(x0,y0)，半径R0；
(2)计算缺陷中像素点到圆心的距离d：
式中：(x,y)为磨块缺陷区域的像素点坐标；
(3)计算缺陷像素的加权系数w：
3.一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测系统，其特征在于：所述检测系统由采样圆盘、单片机、步进电机、数字显微镜和上位机组成；其中，采样圆盘固定在步进电机的轴上；单片机与步进电机连接控制其转动和停止；单片机与上位机连接传递信号；上位机与数字显微镜连接控制其拍摄磨块图像。
4.根据权利要求3所述的烧结型滚抛磨块表面缺陷检测系统，其特征在于：磨块缺陷检测步骤如下：
(1)将磨块放置在采样圆盘的采样点，单片机输出周期一定的PWM波驱动步进电机转动，步进电机带动采样圆盘转动，运送磨块到数字显微镜的视野范围内；
(2)单片机暂停PWM波输出，通过串口向上位机发送图像采集信号；
(3)上位机接收图像采集信号，控制数字显微镜采集并保存磨块图像，通过串口通信向单片机发送图像采集完成信号；
(4)上位机检测磨块缺陷，计算、保存并显示磨块缺陷尺寸数据；
(5)单片即接收图像采集完成信号，继续输出PWM波驱动步进电机，重复步骤(2)、(3)、(4)，直至采样圆盘的磨块检测完成。
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| CN202010822381.7A CN112179907B (zh) | 2020-08-14 | 一种烧结型滚抛磨块表面缺陷检测方法与系统 |
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