CN112304239A - 一种微小螺纹副轮廓及中心特征提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于精密微小零件自动装配技术领域，提供一种微小螺纹副轮廓及中心特征提取方法。所述的装置包括工业相机、光源、机器视觉镜头、精密位移滑台、视觉转接板和工装夹具。本发明采用变采集位图像采集法，解决由于螺纹副螺距存在导致的固定图像采集位采集图像部分脱焦情况。按照螺纹副螺距变聚焦位分区域分别采集清晰轮廓特征图像，再通过数字图像处理技术得到准确的螺纹副轮廓及中心特征，解决螺纹副边缘轮廓拟合效果差的问题，为螺纹副自动装配后期螺批对准及微小螺轴旋入等提供准确的位置参考，提高设备装配精度。

Description

一种微小螺纹副轮廓及中心特征提取方法
技术领域
本发明属于精密微小零件自动装配技术领域，涉及一种微小螺纹副轮廓及中心特征提取方法。
背景技术
在精密自动化装配领域，随着微小型零部件精密装调技术的不断进步，待装配零件也不断向尺寸更小和装配精度更高的方向发展，其中螺纹副本身的研究在微装配领域中体现的地位也越来越重要，中心特征提取即为其中重要的一环。在进行零部件装配工作时，螺纹副连接十分常见，而自动化装配时，得到准确的螺纹副的轮廓及中心特征对于后续的螺纹副受力分析及装配工作是必要的。
许多传统的螺纹检测技术工序相对而言较为复杂，且检测效率低下、成本较高，而采用机器视觉识别技术为核心的视觉采集系统由于螺纹副自身存在螺距，导致在图像采集过程中容易出现脱焦的现象，进而导致在利用数字图像处理技术进行螺纹副图像轮廓及中心特征提取时，提取精度受到影响，识别的轮廓与实际轮廓有较大的偏差，进而导致自动装配过程中螺批对准及螺轴旋入效果不佳。
针对采用机器视觉的自动化装配设备，影响微小螺纹副特征识别精度的主要因素为镜头的景深及螺纹副螺距。其中，可以选取镜头景深较大的镜头，但是其焦距会对应缩小，对工作空间要求较高，且不易对焦。其次，在微装配领域，涉及的螺纹副螺距一般较小，故传统采用机器视觉识别技术为核心的视觉采集系统采集一张图像进行轮廓等边缘提取的方法在微装配领域存在其固有弊端。本微小螺纹副轮廓及中心特征提取方法正是针对自动装配设备中涉及微小螺纹副边缘轮廓及中心特征提取的一种有效方法。
本发明提及的微小螺纹副轮廓及中心特征提取方法，主要采用“工业相机+精密位移滑台”的结构设计，基于机器视觉识别技术，加以在深度方向的微小位移，采用变采集位图像采集法，按照螺纹副螺距变聚焦位分区域分别采集清晰轮廓特征图像，再利用数字图像处理技术对多张图像进行处理，分别扫描储存采集图像的不同区域边缘轮廓点至轮廓点集，后通过此点集拟合出准确的螺纹副轮廓及中心特征，为后续螺批对准及微小螺轴旋入等提供位置参考。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对采用机器视觉的自动化装配设备，由于微小螺纹副螺距原因导致在深度方向提取微小螺纹副轮廓及中心特征时采集效果不佳的难题。本发明提供一种微小螺纹副轮廓及中心特征提取方法，可利用原有的零部件及夹具工装，通过工业相机在不同位置螺纹副边缘采集位进行多次螺纹副边缘图像采集，再利用数字图像处理技术对多张图像进行处理，分别扫描储存采集图像的不同区域边缘轮廓点至轮廓点集，后通过此点集拟合出准确的螺纹副轮廓及中心特征，便于后续自动装配。
本发明基于视觉反馈的装配策略采用“先看-后动”的控制方式，相机可以单次拍摄微小螺纹副的边缘轮廓区域，在该方式下采集不同深度方向的螺纹副图像，加以图像清晰度参数计算，确定4张不同的图像采集位，分别为微小螺纹副左上、右上、左下、右下图像采集位，接着通过数字图像处理技术进行不同区域螺纹副图像轮廓扫描，将轮廓点集储存，后通过此点集进行边缘轮廓及中心位置提取。
本发明的技术方案如下：
一种微小螺纹副轮廓及中心特征提取方法，主要装置组成为：工业相机1、光源2、机器视觉镜头3、精密位移滑台4、视觉转接板5、工装夹具6等。
所述的精密位移滑台4包括三自由度精密位移滑台，安装在光学平台上，通过调整精密位移滑台，带动工业相机1实现X、Y、Z轴三个方向的位置调整。
所述工业相机1由视觉转接板5连接到精密位移滑台4上，其上连接有远心机器视觉镜头3，用于采集零件特征轮廓图像。
所述光源2主要包括同轴光源及环形光源，用于图像采集过程中提供不同强度的光照，使图像清晰度及明暗条件达到后期图像处理要求，便于后期图像轮廓特征提取。
所述工装夹具6安装于光学平台上，主要用于固定目标微小零件，使微小螺纹副与工业相机轴线平行，便于图像采集。
一种微小螺纹副轮廓及中心特征提取方法，其具体操作步骤如下：
步骤(1)：调整精密位移滑台4的X、Y、Z轴三个方向的位置，至工业相机1能透过机器视觉镜头3完整观察到由工装夹具6固定零件上的微小螺纹副边缘轮廓；
步骤(2)：微调精密位移滑台4的Z轴至微小螺纹副左上图像采集位，使工业相机1聚焦到螺纹副左上区域轮廓，调整光源2，通过自动对焦算法得到微小螺纹副左上区域清晰图像图2-a并进行采集；
步骤(3)：调整精密位移滑台4的Z轴位置，结合采用的工业相机的景深及螺距，确定向下移动的距离，例如微小螺纹副1/4螺距，至右上图像采集位，使工业相机1聚焦到螺纹副右上区域轮廓，调整光源2，得到微小螺纹副右上区域清晰图像图2-b并进行采集；
步骤(4)：调整精密位移滑台4的Z轴位置，继续向下移动步骤3相同距离，至右下图像采集位，使工业相机1聚焦到螺纹副右下区域轮廓，调整光源2，得到微小螺纹副右下区域清晰图像图2-d并进行采集；
步骤(5)：调整精密位移滑台4的Z轴位置，继续向下移动步骤3相同距离，至左下图像采集位，使工业相机1聚焦到螺纹副左下区域轮廓，调整光源2，得到微小螺纹副左下区域清晰图像图2-c并进行采集；
步骤(6)：通过数字图像处理技术对图2-a、图2-b、图2-c、图2-d图像进行二值化、边缘检测等系列图像处理操作，然后对多张图像分别进行边缘轮廓点扫描，分别保存图2-a左上1/4区域扫描点、图2-b右上1/4区域扫描点、图2-c左下1/4区域扫描点、图2-d右下1/4区域扫描点至轮廓边缘点集，后通过轮廓边缘点集进行拟合，得到准确的螺纹副轮廓及中心特征。
本发明的有益效果：
(1)采用变采集位图像采集法，按照螺纹副螺距变聚焦位分区域分别采集清晰轮廓特征图像，解决由于螺纹副螺距存在导致的固定图像采集位采集图像部分脱焦情况；
(2)解决图像采集过程中镜头景深与焦距不可兼顾问题，满足自动装配过程中对工作空间的较高要求；
(3)解决螺纹副边缘轮廓拟合效果差的问题，为螺纹副自动装配后期螺批对准及微小螺轴旋入等提供准确的位置参考，提高设备装配精度。
附图说明
图1为微小螺纹副轮廓及中心特征提取装置的示意图。
图2为不同特征区域采集的清晰螺纹副轮廓示意图。
图中：1工业相机、2光源、3机器视觉镜头、4精密位移滑台、5视觉转接板、6工装夹具、a螺纹副左上清晰图像、b螺纹副右上清晰图像、c螺纹副左下清晰图像、d螺纹副右下清晰图像。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种微小螺纹副轮廓及中心特征提取方法，所使用的装置如图1所示，包括工业相机1、光源2、机器视觉镜头3、精密位移滑台4、视觉转接板5、工装夹具6。工业相机1由视觉转接板5连接到精密位移滑台4上，其上连接有远心机器视觉镜头3，用于采集零件特征轮廓图像；光源2主要包括同轴光源及环形光源，用于图像采集过程中提供不同强度的光照，使图像清晰度及明暗条件达到后期图像处理要求，便于后期图像轮廓特征提取；精密位移滑台4包括三自由度精密位移滑台，安装在光学平台上，通过调整精密位移滑台，带动工业相机1实现X、Y、Z轴三个方向的位置调整；工装夹具6安装于光学平台上，主要用于固定目标微小零件，使微小螺纹副与工业相机轴线平行，便于图像采集。
测量原理如下：
采用变采集位图像采集法，按照螺纹副螺距变聚焦位分区域分别采集清晰轮廓特征图像，再通过数字图像处理技术对左上、右上、右下、左下清晰图像进行二值化、边缘检测等系列图像处理操作，然后对多张图像分别进行边缘轮廓点扫描，将扫描到的点的位置进行储存，后通过轮廓边缘点集进行拟合，得到准确的螺纹副轮廓及中心特征。
具体特征提取步骤如下：
(1)调整精密位移滑台4的X、Y、Z轴三个方向的位置，至工业相机1能透过机器视觉镜头3完整观察到由工装夹具6固定零件上的微小螺纹副边缘轮廓；
(2)微调精密位移滑台4的Z轴精密位移滑台至微小螺纹副左上图像采集位，使工业相机1聚焦到螺纹副左上区域轮廓，调整光源2，通过自动对焦算法得到微小螺纹副左上区域清晰图像图2-a并进行采集；
(3)调整精密位移滑台4的Z轴精密位移滑台位置，结合采用的工业相机的景深及螺距，确定向下移动的距离，例如微小螺纹副1/4螺距，至右上图像采集位，使工业相机1聚焦到螺纹副右上区域轮廓，调整光源2，得到微小螺纹副右上区域清晰图像图2-b并进行采集；
(4)调整精密位移滑台4的Z轴精密位移滑台位置，继续向下移动步骤3相同距离，至右下图像采集位，使工业相机1聚焦到螺纹副右下区域轮廓，调整光源2，得到微小螺纹副右下区域清晰图像图2-d并进行采集；
(5)调整精密位移滑台4的Z轴精密位移滑台位置，继续向下移动步骤3相同距离，至左下图像采集位，使工业相机1聚焦到螺纹副左下区域轮廓，调整光源2，得到微小螺纹副左下区域清晰图像图2-c并进行采集；
(6)通过数字图像处理技术对图2-a、图2-b、图2-c、图2-d图像进行二值化、边缘检测等系列图像处理操作，然后对多张图像分别进行边缘轮廓点扫描，分别保存图2-a左上1/4区域扫描点、图2-b右上1/4区域扫描点、图2-c左下1/4区域扫描点、图2-d右下1/4区域扫描点至轮廓边缘点集，后通过轮廓边缘点集进行拟合，得到准确的螺纹副轮廓及中心特征。

Claims (1)

1.一种微小螺纹副轮廓及中心特征提取方法，其特征在于，
所用的装置包括工业相机(1)、光源(2)、机器视觉镜头(3)、精密位移滑台(4)、视觉转接板(5)和工装夹具(6)；
所述的精密位移滑台(4)包括三自由度精密位移滑台，安装在光学平台上，通过调整精密位移滑台(4)，带动工业相机(1)实现X、Y、Z轴三个方向的位置调整；
所述工业相机(1)由视觉转接板(5)连接到精密位移滑台(4)上，其上连接有远心机器视觉镜头(3)，用于采集零件特征轮廓图像；
所述光源(2)包括同轴光源及环形光源，用于图像采集过程中提供不同强度的光照，使图像清晰度及明暗条件达到后期图像处理要求，便于后期图像轮廓特征提取；
所述工装夹具(6)安装于光学平台上，用于固定目标微小零件，使微小螺纹副与工业相机轴线平行，便于图像采集；
具体步骤如下：
步骤(1)：调整精密位移滑台(4)的X、Y、Z轴三个方向的位置，至工业相机(1)透过机器视觉镜头(3)完整观察到由工装夹具(6)固定零件上的微小螺纹副边缘轮廓；
步骤(2)：微调精密位移滑台(4)的Z轴至微小螺纹副左上图像采集位，使工业相机(1)聚焦到螺纹副左上区域轮廓，调整光源(2)，通过自动对焦算法得到微小螺纹副左上区域清晰图像a并进行采集；
步骤(3)：调整精密位移滑台(4)的Z轴位置，结合采用的工业相机的景深及螺距，确定向下移动的距离，至右上图像采集位，使工业相机(1)聚焦到螺纹副右上区域轮廓，调整光源(2)，得到微小螺纹副右上区域清晰图像b并进行采集；
步骤(4)：调整精密位移滑台(4)的Z轴位置，继续向下移动步骤3相同距离，至右下图像采集位，使工业相机(1)聚焦到螺纹副右下区域轮廓，调整光源(2)，得到微小螺纹副右下区域清晰图像d并进行采集；
步骤(5)：调整精密位移滑台(4)的Z轴位置，继续向下移动步骤3相同距离，至左下图像采集位，使工业相机(1)聚焦到螺纹副左下区域轮廓，调整光源(2)，得到微小螺纹副左下区域清晰图像c并进行采集；
步骤(6)：通过数字图像处理方法对图像a、图像b、图像c、图像d进行二值化、边缘检测处理操作，然后对多张图像分别进行边缘轮廓点扫描，分别保存图像a左上1/4区域扫描点、图像b右上1/4区域扫描点、图像c左下1/4区域扫描点、图像d右下1/4区域扫描点至轮廓边缘点集，后通过轮廓边缘点集进行拟合，得到准确的螺纹副轮廓及中心特征。
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