CN113446959A - 基于外部传感器触发线阵相机的触发系统及图像检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于外部传感器触发线阵相机的触发系统及图像检测方法，涉及传感器触发相机同步技术领域。线阵相机的触发系统中包括四个线阵相机，一个差分信号转换板、一个激光测距的传感器检测齿顶用于同步触发。为了便于视觉算法运算以及提高算法的运行速度和可靠性，每幅齿轮齿面拍摄的图像要求需齿轮相位一致。因此需要外部传感器检测齿顶，当齿轮检测到齿顶的时候进行拍摄相比于现有技术，本发明的优点进一步包括：本发明可有效将每个齿轮拍摄的图像里齿轮的位置统一。相比于其他专利所述方案，本发明所述方案结构简单，不需要PLC等可编程器件，降低的反应的延时。

Description

基于外部传感器触发线阵相机的触发系统及图像检测方法

技术领域

本发明属于传感器触发相机同步技术领域，尤其涉及一种基于外部传感器触发线阵相机的触发系统及图像检测方法。

背景技术

目前，由于齿轮生产由于加工设备故障、人工实物、原材料异常等原因，会有部分产品存在缺陷，传统人工检测成本巨大，因此需要用视觉检测来替代人力从而提高效率、准确率。

目前已经存在的视觉检测方案覆盖率很低，只能检测零件上极小一部分缺陷，且检测方式简单，无法检测齿根部的缺陷。

由于齿轮形状多为圆形且使用线阵相机拍照时存在齿轮位置不统一的情况，此时使用视觉算法直接对该图片进行检测会存在一定风险对算法要求难度大以及不稳定等因素。因此，需要一种可以保证每次拍照的齿轮位置图像都一致，以提高检测的精度降低算法的难度等。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有技术中，对于齿轮生产产品通过人力检测，劳动强度大，维护成本和潜在风险高。提高拍摄精度和检测速°。

(2)现有技术中，对于齿轮生产产品检测速度慢。

(3)图片相位一致从而减轻算法中的复杂度。

(4)传感器直接控制，不在通过复杂的编程来解决。

解决以上问题及缺陷的难度为：现有技术中没有有效的触发方式，使相机高效率的取图。

解决以上问题及缺陷的意义为：采用此种方式可以简单高效的实现对齿轮轴全方位的取图检测。为达到精准的视觉检测做一个很好的辅助功能。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种基于外部传感器触发线阵相机的触发系统及图像检测方法。尤其涉及一种能够通过外部传感器触发实现对齿轮拍照的图像一致的方法，所述技术方案如下：

根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种基于外部传感器触发线阵相机的触发系统包括四个线阵相机，一个差分信号转换板、一个激光测距的传感器检测齿顶用于同步触发。为了便于视觉算法运算以及提高算法的运行速度和可靠性，每幅齿轮齿面拍摄的图像要求需齿轮相位一致。因此需要外部传感器检测齿顶，当齿轮检测到齿顶的时候进行拍摄。

具体地，所述基于外部传感器触发线阵相机的触发系统包括：

激光测距的传感器，放置于齿轮的侧面，用于检测齿轮的齿顶与齿谷；当检测到旋转齿轮的齿顶信号时，将该信号传递给差分信号转换板；

差分信号转换板，接收激光测距的传感器传输的信号，并进行转换为与线阵相机匹配的差分信号；并利用所述差分信号触发所述线阵相机进行图像采集；

线阵相机，接收差分信号转换板发送的进行图像采集的指令，对旋转齿轮的多部位运行视觉算法进行图像拍照。

在本发明一实施例中，所述差分信号转换板将激光测距的传感器发送的24V集电极信号转换为5V差分信号。

在本发明一实施例中，，所述线阵相机位多个，采用串联或并联的方式与所述差分信号转换板连接。

在本发明一实施例中，所述激光测距的传感器、差分信号转换板、线阵相机检测旋转齿轮的齿顶时同步触发。

根据本发明公开实施例的第二方面，提供一种根据所述基于外部传感器触发线阵相机的触发系统的齿轮图像检测方法，所述齿轮图像检测方法包括：

激光测距的传感器检测到旋转齿轮的齿顶信号时，将该信号传递给差分信号转换板；

所述差分信号转换板对接收的传感器传输的信号转换为与线阵相机匹配的差分信号；并触发所述线阵相机进行图像采集；

所述线阵相机接收图像采集的指令后，对旋转齿轮的多部位进行图像拍照。并通过视觉算法进行处理，算法处理逻辑如下：

1)对图像阈值分割后，确定齿面区域边缘，定位到待提取边缘倒角区域；

2)对齿面倒角处边缘提取，对提取边缘进行长度、角度及圆度的筛选，确定可用边缘及特征点；边缘提取及特征点提取后结果：初步提取会存在如下问题：点提取缺失和点位置提取错误(齿形变化及光照影响)；

3)对边缘提取时同时记录提取到边缘线的齿根和齿顶的间距(线的两端点)；并将数据记录；记录处对应齿根点坐标(边缘线上端点)，齿顶点坐标(边缘线下端点)，齿根齿顶点间距离(上下端点行坐标之差)；

4)检验初始端点的准确性，利用以上步骤1)～步骤3)求得的初始点确定待检测区域，缩小检测区域提高精度；

初始点检测依据为：原始初始点坐标定出预先规定的区域，然后二次严格边缘提取，比较边缘提取点坐标与初始点坐标绝对值之差；

5)初次数据做筛选仅针对点间距较小的多余点：

齿根点间距之前统计的结果，数据处理，去掉前30％的数据和后70％的数据，仅保留中间40％的数据，对数据取平均值，及为均值齿根间距；将初始求得的齿根间距与均值齿根间距做差，将差值小于标准齿根间距60个像素点的齿根筛选掉；

6)空缺点填补：从上到下依次遍历对检出点根据间距值做行值筛选，标准点向下平移固定间距即为下侧点的标准坐标，若标准坐标空缺，及填补；

7)填补后，行值从小到大依次遍历，缩小待检测区域，重复边缘提取，利用新求得的点与原始坐标点之差、及新求的点与下一点点坐标之差为判断依据确定点坐标是否合格；

8)强化数据处理部分：若相邻齿根间距相等，则齿根行坐标从上到下呈一次曲线分布，此处可对行坐标相邻点做数据筛查；相邻点差距较大即为问题点。

在本发明一实施例中，当激光测距的传感器第一次检测到齿顶时触发线阵相机拍照，线阵相机拍照到指定的行数后返回图片，此时齿轮继续旋转检测到下一个齿顶继续给线阵相机拍照的触发信号，但是此时线阵相机的第一次触发信号拍摄的照片尚未拍照完成，第二次的拍照信号无效，依次类推，无论给多少次拍照信号只要相机处于拍照中信号无效，只有在相机没有处于拍照中时，给入触发信号相机触发线阵相机拍照。

根据本发明公开实施例的第三方面，提供一种差分信号转换板，所述差分信号转换板应用于所述基于外部传感器触发线阵相机的触发系统，并执行如下步骤：

接收激光测距的传感器传输的信号，并进行转换为与线阵相机匹配的差分信号；并利用所述差分信号触发所述线阵相机进行图像采集。

根据本发明公开实施例的第四方面，提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行所述的齿轮图像检测方法。

根据本发明公开实施例的第五方面，提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如所述的齿轮图像检测方法。

根据本发明公开实施例的第六方面，提供一种搭载所述基于外部传感器触发线阵相机的触发系统的齿轮检测生产线。

本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供一种能够有效拍摄所有检测项的光学设计系统，从而降低劳动强度、维护成本和潜在风险；提高拍摄精度和检测速度。

相比于现有技术，本发明的优点进一步包括：

本发明可有效将每个齿轮拍摄的图像里齿轮的位置统一。

相比于其他专利所述方案，本发明所述方案结构简单，不需要PLC等可编程器件，降低的反应的延时。

当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本发明实施例提供的基于外部传感器触发线阵相机的触发系统示意图。

图中：1、线阵相机；2、差分信号转换板；3、激光测距的传感器。

图2是本发明实施例提供的齿轮图像检测方法流程图。

图3是本发明实施例提供的强化数据处理曲线图、界面图。其中，图3A呈一次曲线分布图；图3B数据处理界面图。

图4(a)是本发明实施例提供的利用本发明提供的系统，检测的齿轮位置一致效果图一。

图4(b)是本发明实施例提供的利用本发明提供的系统，检测的齿轮位置一致效果图二。

图5(a)是本发明实施例提供的利用本发明提供的系统，检测的齿轮位置不一致效果图一。

图5(b)是本发明实施例提供的利用本发明提供的系统，检测的齿轮位置不一致效果图二。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

如图1所示，本发明公开实施例所提供的基于外部传感器触发线阵相机的触发系统包括四个线阵相机1，一个差分信号转换板2、一个激光测距的传感器3检测齿顶用于同步触发。为了便于视觉算法运算以及提高算法的运行速度和可靠性，每幅齿轮齿面拍摄的图像要求需齿轮相位一致。因此需要外部传感器检测齿顶，当齿轮检测到齿顶的时候进行拍摄。

如图2所示，本发明公开一种齿轮图像检测方法包括：

S101、激光测距的传感器3检测到旋转齿轮的齿顶信号时，将该信号传递给差分信号转换板2；

S102、所述差分信号转换板2对接收的传感器传输的信号转换为与线阵相机1匹配的差分信号；并触发所述线阵相机1进行图像采集；

S103、所述线阵相机1接收图像采集的指令后，对旋转齿轮的多部位运行视觉算法进行图像拍照，图像采集完成后通过算法判断齿轮相位是否一致。

步骤S103中，视觉算法处理逻辑如下：

1)对图像阈值分割后，确定齿面区域边缘，定位到待提取边缘倒角区域；

2)对齿面倒角处边缘提取，对提取边缘进行长度、角度及圆度的筛选，确定可用边缘及特征点；边缘提取及特征点提取后结果：初步提取会存在如下问题：点提取缺失和点位置提取错误(齿形变化及光照影响)；

3)对边缘提取时同时记录提取到边缘线的齿根和齿顶的间距(线的两端点)；并将数据记录；记录处对应齿根点坐标(边缘线上端点)，齿顶点坐标(边缘线下端点)，齿根齿顶点间距离(上下端点行坐标之差)；

4)检验初始端点的准确性，利用以上步骤1)～步骤3)求得的初始点确定待检测区域，缩小检测区域提高精度；

初始点检测依据为：原始初始点坐标定出预先规定的区域，然后二次严格边缘提取，比较边缘提取点坐标与初始点坐标绝对值之差；

5)初次数据做筛选，仅针对点间距较小的多余点：

齿根点间距之前统计的结果，数据处理，去掉前30％的数据和后70％的数据，仅保留中间40％的数据，对数据取平均值，及为均值齿根间距；将初始求得的齿根间距与均值齿根间距做差，将差值小于标准齿根间距60个像素点的齿根筛选掉；

6)空缺点填补：从上到下依次遍历对检出点根据间距值做行值筛选，标准点向下平移固定间距即为下侧点的标准坐标，若标准坐标空缺，及填补；

7)填补后，行值从小到大依次遍历，缩小待检测区域，重复边缘提取，利用新求得的点与原始坐标点之差、及新求的点与下一点点坐标之差为判断依据确定点坐标是否合格；

8)强化数据处理部分：若相邻齿根间距相等，则齿根行坐标从上到下呈一次曲线分布(如图3所示，其中，图3A呈一次曲线分布图；图3B数据处理界面图)，此处可对行坐标相邻点做数据筛查；相邻点差距较大即为问题点。

在本发明一优选实施例中，采用CMOS激光位移传感器如基恩士、松下、西克等品牌用于检测齿轮的齿顶与齿轮的齿谷，原理为传感器打出一束激光，当激光接触到物体时返回给传感器从而计算距离，该传感器放置于齿轮的侧面,用于检测齿轮的齿顶和齿谷。当齿轮开始旋转，传感器检测到第一个齿顶时会给出一个信号，将该信号传递到线阵相机1用于触发拍照这样每次拍照就可以做到齿轮位置一致。

由于传感器普遍的工作电压为24V且输出集电极信号(NPN或PNP)而线阵相机1接收的触发信号普遍为5V的集电极信号，信号之间不匹配因为需要进行信号转换，将集电极信号转换为5V差分信号用于触发线阵相机1进行采集图像。该部分采用专门定制的集电极信号转差分信号转换板2(兼容PNP/NPN,4通道差分转换器，不丢脉冲，响应速度快，高频率，光电隔离)进行信号转换，该信号板有4个通道因此可以用一个传感器检测一个齿轮同时触发4个线阵相机1进行拍照从不同的角度拍摄齿轮且都能保证图像一致。也可以通过并联触发板触发同时触发更多的相机。

当传感器第一次检测到齿顶的时候会触发拍照，线阵相机1会拍照到指定的行数后返回图片，此时齿轮仍然会继续旋转检测到下一个齿顶依然会给线阵相机1拍照的触发信号，但是此时线阵相机1的第一次触发信号拍摄的照片尚未拍照完成，所以第二次的拍照信号无效，依次类推，无论给多少次拍照信号只要相机处于拍照中信号无效，即只有在相机没有处于拍照中的时候给入触发信号相机才会触发拍照。

在本发明一优选实施例中，传感器需放置在齿轮的侧面并且在X,Y轴上可以进行一定的调整，以及Z轴需要有一定的可调旋转，其中X，Y轴的轴向调整幅度一般为齿顶与齿底高度差的2-3倍Z轴的旋转为正负10度。

本发明的传感器的检测距离需要根据实际的放置位置进行调整和设置，为了提高检测精度选用激光直径越小的越好，激光直径小于齿轮齿顶的宽度，传感器激光点直径与传感器检测距离相关因此选用传感器时需要综合分析。

本发明的传感器在设置刷新率上设置为最快的越一般刷新周期为1.5ms，因为由于齿轮旋转速度以及齿轮的密度，传感器如果刷新率比较慢会造成图像里的齿轮位置不一致。

如图4(a)、图4(b)所示，利用本发明提供的系统，检测的齿轮位置一致效果。

如图5(a)、图5(b)所示，利用本发明提供的系统，检测的齿轮位置不一致效果。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种基于外部传感器触发线阵相机的触发系统，其特征在于，所述基于外部传感器触发线阵相机的触发系统包括：

激光测距的传感器，放置于齿轮的侧面，用于检测齿轮的齿顶与齿谷；当检测到旋转齿轮的齿顶信号时，将该信号传递给差分信号转换板；

差分信号转换板，接收激光测距的传感器传输的信号，并进行转换为与线阵相机匹配的差分信号；并利用所述差分信号触发所述线阵相机进行图像采集；

线阵相机，接收差分信号转换板发送的进行图像采集的指令，对旋转齿轮的多部位运行视觉算法进行图像拍照。

2.根据权利要求1所述的基于外部传感器触发线阵相机的触发系统，其特征在于，所述差分信号转换板将激光测距的传感器发送的24V集电极信号转换为5V差分信号。

3.根据权利要求1所述的基于外部传感器触发线阵相机的触发系统，其特征在于，所述线阵相机位多个，采用串联或并联的方式与所述差分信号转换板连接。

4.根据权利要求1所述的基于外部传感器触发线阵相机的触发系统，其特征在于，所述激光测距的传感器、差分信号转换板、线阵相机检测旋转齿轮的齿顶时同步触发。

5.一种根据权利要求1～4任意一项所述基于外部传感器触发线阵相机的触发系统的齿轮图像检测方法，其特征在于，所述齿轮图像检测方法包括：

激光测距的传感器检测到旋转齿轮的齿顶信号时，将该信号传递给差分信号转换板；

所述差分信号转换板对接收的传感器传输的信号转换为与线阵相机匹配的差分信号；并触发所述线阵相机进行图像采集；

所述线阵相机接收图像采集的指令后，对旋转齿轮的多部位运行视觉算法进行图像拍照。

6.根据权利要求5所述的齿轮图像检测方法，其特征在于，当激光测距的传感器第一次检测到齿顶时触发线阵相机拍照，线阵相机拍照到指定的行数后返回图片，此时齿轮继续旋转检测到下一个齿顶继续给线阵相机拍照的触发信号，但是此时线阵相机的第一次触发信号拍摄的照片尚未拍照完成，第二次的拍照信号无效，依次类推，无论给多少次拍照信号只要相机处于拍照中信号无效，只有在相机没有处于拍照中时，给入触发信号相机触发线阵相机拍照。

7.根据权利要求5所述的齿轮图像检测方法，其特征在于，所述视觉算法包括：

步骤一，对图像阈值分割后，确定齿面区域边缘，定位到待提取边缘倒角区域；

步骤二，对齿面倒角处边缘提取，对提取边缘进行长度、角度及圆度的筛选，确定可用边缘及特征点；

步骤三，对边缘提取时同时记录提取到边缘线的齿根和齿顶的间距；并将数据记录；记录处对应齿根点坐标，齿顶点坐标，齿根齿顶点间距离；

步骤四，检验初始端点的准确性，利用以上步骤一～步骤三求得的初始点确定待检测区域；其中，初始点检测依据包括：原始初始点坐标定出预先规定的区域，然后二次严格边缘提取，比较边缘提取点坐标与初始点坐标绝对值之差；

步骤五，初次数据做筛选，仅对点间距较小的多余点：对于齿根点间距先前统计的结果，进行数据处理，去掉前30％的数据和后70％的数据，仅保留中间40％的数据，对数据取平均值，及为均值齿根间距；将初始求得的齿根间距与均值齿根间距做差，将差值小于标准齿根间距60个像素点的齿根筛选掉；

步骤六，空缺点填补：从上到下依次遍历对检出点根据间距值做行值筛选，标准点向下平移固定间距即为下侧点的标准坐标，若标准坐标空缺，及填补；

步骤七，填补后，行值从小到大依次遍历，缩小待检测区域，重复边缘提取，利用新求得的点与原始坐标点之差、及新求的点与下一点点坐标之差为判断依据确定点坐标是否合格；

步骤八，强化数据处理：若相邻齿根间距相等，则齿根行坐标从上到下呈一次曲线分布，此处对行坐标相邻点做数据筛查；相邻点差距较大即为问题点。

8.一种差分信号转换板，其特征在于，所述差分信号转换板应用于权利要求1～4任意一项所述基于外部传感器触发线阵相机的触发系统，并执行如下步骤：

接收激光测距的传感器传输的信号，并进行转换为与线阵相机匹配的差分信号；并利用所述差分信号触发所述线阵相机进行图像采集。

9.一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求5～7任意一项所述的齿轮图像检测方法。

10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求5～7任意一项所述的齿轮图像检测方法。

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