CN114518079A - 一种孔内特征检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种孔内特征检测系统及检测方法，此孔内特征检测系统，包括：传输模块、光源模块、摄像模块、控制模块以及图像分析模块，通过传输模块将工件传输到检测位进行检测，通过第一控制模块控制调控光源模块，通过第二控制模块控制第一摄像组件和第二摄像组件，通过图像分析模块对第一摄像组件和第二摄像组件拍摄的图像进行测量分析，配合传输模块使得工件以非固定姿态完成孔特征检测。

Description

一种孔内特征检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及机加工技术领域，特别涉及一种孔内特征检测系统及检测方法。

背景技术

在航空领域的某些制造部件上会有相似度高、数量多的孔特征，对于此类工件，在其覆膜后为避免存在覆膜堵塞以及改变孔特征的工件流出，需要对孔特征检测。目前，现有技术的做法是以机械臂丛输送带上吸取工件至检测位的工装以工装固定后再进行孔特征识别检测。

但是，当工件通过输送带以非固定式姿态进行传输，传统的探针下入孔内，计算机提取探针运动数据得到孔特征轮廓的方式不能适用。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种孔内特征检测系统。

根据本发明的第一方面实施例，提供一种孔内特征检测系统，包括：传输模块、光源模块、摄像模块、控制模块以及图像分析模块，传输模块包括用于传送工件的传输平面，所述传输平面上设置有检测位，所述检测位设置有用于感应工件是否到位的传感器，光源模块设置在所述检测位上方，所述光源模块包括第一工作模式和第二工作模式，摄像模块用于对工件进行摄像，所述摄像模块包括第一摄像组件和第二摄像组件，所述第一摄像组件和所述第二摄像组件分别设置在所述传输平面的上方和下方，所述第一摄像组件用于对工件进行视图采集，所述第二摄像组件用于对工件进行孔特征投影采集，当所述光源模块处于第一工作模式时，所述第一摄像组件和所述第二摄像组件对工件进行摄像，当所述光源模块处于第二工作模式时，所述第二摄像组件对工件进行摄像，控制模块包括第一控制模块和第二控制模块，所述第一控制模块用于生成控制指令，所述控制指令用于控制所述光源模块的工作状态，所述第二控制模块用于生成第一拍摄指令和第二拍摄指令，所述第一拍摄指令和第二拍摄指令均用于控制所述摄像模块的工作状态，图像分析模块用于对所述第一摄像组件和所述第二摄像组件拍摄的图像进行测量分析。

有益效果：此孔内特征检测系统，通过传输模块将工件传输到检测位进行检测，通过第一控制模块控制调控光源模块，通过第二控制模块控制第一摄像组件和第二摄像组件，通过图像分析模块对第一摄像组件和第二摄像组件拍摄的图像进行测量分析，配合传输模块使得工件以非固定姿态完成孔特征检测。

根据本发明第一方面实施例所述的孔内特征检测系统，所述传输模块上设置有用于调整工件姿态的纠偏机构，所述纠偏机构包括能够轴向移动的装载板，所述装载板上安装有喷气纠偏喷嘴和喷嘴控制阀组，所述喷嘴控制阀组用于控制所述喷气纠偏喷嘴工作。

根据本发明第一方面实施例所述的孔内特征检测系统，所述光源模块包括灯板、驱动控制器以及灯珠，所述灯板布设在所述检测位上方，所述灯珠以阵列形式设置在所述灯板上，所述驱动控制器用于控制所述灯珠工作，所述驱动控制器与所述第一控制模块连接。

根据本发明第一方面实施例所述的孔内特征检测系统，所述传输平面的检测位的下方布设有光屏。

根据本发明的第二方面实施例，提供一种孔内特征检测方法，包括以下步骤：

接收反馈信号，所述反馈信号为传感器在检测到工件进入检测位后生成的信号；

根据所述反馈信号生成控制指令，并将所述控制指令发送到光源模块，所述控制指令包括第一指令和第二指令，所述光源模块根据第一指令执行第一工作模式，或者根据第二指令执行第二工作模式；

确定所述光源模块执行第一工作模式，生成第一拍摄指令，并将所述第一拍摄指令发送到摄像模块，所述摄像模块包括第一摄像组件和第二摄像组件，所述第一摄像组件根据第一拍摄指令拍摄第一图像，所述第二摄像组件根据第一拍摄指令拍摄第二图像；

确定所述光源模块执行第二工作模式，生成第二拍摄指令，并将所述第二拍摄指令发送到第二摄像组件，所述第二摄像组件根据第二拍摄指令拍摄第三图像；

控制所述摄像模块将所述第一图像、所述第二图像和所述第三图像发送到图像分析模块，所述图像分析模块根据所述第一图像、所述第二图像和所述第三图像进行测量分析，生成工件孔特征的检测数据集。

有益效果：此孔内特征检测方法，可以基于工件的图像做尺寸测量，得到孔的轮廓尺寸数据，基于工件孔特征的投影图像做清晰度计算和像素差异计算，得到用于评估孔内特征的数据，从而完成工件的孔特征检测，相对传统的检测方式，适用于运输中非固定式姿态的工件的孔特征测量。

根据本发明第二方面实施例所述的孔内特征检测方法，所述图像分析模块对第一图像进行测量分析，包括以下步骤：对第一图像做图像预处理，得到第一图样，对第一图样做孔特征的轮廓提取，得到孔轮廓用作像素分析，基于预设的像素比例尺或者坐标转换关系对像素分析数据处理，得到真实孔轮廓尺寸数据，放入工件孔特征的检测数据集。

根据本发明第二方面实施例所述的孔内特征检测方法，所述图像分析模块对第一图像进行测量分析，还包括以下步骤：对第一图样做图像识别，确定工件类别，根据工件类别查找数据库，得到对应的孔尺寸数据，比较孔尺寸数据和真实孔轮廓尺寸数据，产生尺寸差异数据，放入检测数据集。

根据本发明第二方面实施例所述的孔内特征检测方法，所述图像分析模块对第二图像进行测量分析，包括以下步骤：对第二图像做图像预处理，得到第二图样，基于预设的清晰度评价方法处理第二图样，得到清晰度评价数据，放入检测数据集。

根据本发明第二方面实施例所述的孔内特征检测方法，所述图像分析模块对第三图像进行测量分析，包括以下步骤：对第三图像做图像预处理，得到多个第三图样，将第三图样与预设的标准图像比对，得到标准比对数据，放入检测数据集，将一个第三图像和另一个第三图样比较，得到同类比数据，放入检测数据集。

根据本发明第二方面实施例所述的孔内特征检测方法，所述光源模块执行第一工作模式的时候，控制灯珠全部点亮，灯珠的灯色为白色，所述光源模块执行第二工作模式的时候，控制预指定的多个灯珠点亮，执行N次点亮行为，且每次点亮行为对应的多个灯珠中至少有一个不同，且灯珠的灯色为深色。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1为本发明实施例提供的传输模块示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，一种孔内特征检测系统，包括传输模块3、光源模块、摄像模块、控制模块以及图像分析模块，传输模块3包括用于传送工件的传输平面，传输平面上设置有检测位，检测位设置有用于感应工件是否到位的传感器；光源模块设置在检测位上方，光源模块包括第一工作模式和第二工作模式；摄像模块用于对工件进行摄像，摄像模块包括第一摄像组件和第二摄像组件，第一摄像组件和第二摄像组件分别设置在传输平面的上方和下方，第一摄像组件用于对工件进行视图采集，第二摄像组件用于对工件进行孔特征投影采集，当光源模块处于第一工作模式时，第一摄像组件和第二摄像组件对工件进行摄像，当光源模块处于第二工作模式时，第二摄像组件对工件进行摄像；控制模块包括第一控制模块和第二控制模块，第一控制模块用于生成控制指令，控制指令用于控制光源模块的工作状态，第二控制模块用于生成第一拍摄指令和第二拍摄指令，第一拍摄指令和第二拍摄指令均用于控制摄像模块的工作状态；图像分析模块用于对第一摄像组件和第二摄像组件拍摄的图像进行测量分析。

具体地，第一控制模块、第二控制模块以及图像分析模块以集成电路板作为载体搭载。第一控制模块和第二控制模块可以采用PLC控制器。第一控制模块可以配置为在工件位于光源模块正下方时，依次使得光源模块处于第一工作模式和第二工作模式，且间隔时间为T，例如3秒。

参照图1，输送模块可以为输送带结构。其中，传输模块3上设置有用于调整工件姿态的纠偏机构，纠偏机构包括能够轴向移动的装载板4，装载板4上安装有喷气纠偏喷嘴1和喷嘴控制阀组2，喷嘴控制阀组2用于控制喷气纠偏喷嘴1工作，通过纠偏机构可以使得工件在传输过程中不必再使用固定工装就可以根据实际位置偏差进行纠偏微调，在工件移动至检测位的时候，调整其至预期姿态等待做孔特征检测。

其中，光源模块包括灯板、驱动控制器以及灯珠，灯板布设在检测位上方，灯珠阵列设置在灯板上，驱动控制器用于控制灯珠工作，驱动控制器与第一控制模块连接。具体地，灯板设置在输送带端头的上方，灯珠为RGB灯珠，在光源模块使用的过程中至少有一个阶段以遮光布料围设在检测位或者整机营造暗箱环境。

当光源模块处于第一工作模式的时候，光源模块的全部灯珠点亮。当光源模块处于第二工作模式的时候，将预指定的多个灯珠点亮，执行N次（例如4次）点亮行为，且各次点亮行为对应的多个灯珠中的至少有一个不同。例如灯珠组成T字样，T字样转动3次绕中心转动4次，即对应发送N次不同的灯珠组合点亮至驱动控制器。

灯珠可以选择为RGB灯珠，第一工作模式的时候，对应的灯光的颜色为白色光，第二工作模式的时候，对应的灯光的颜色为深色，例如红色或者紫色光。

其中，工件是否进入检测位或者相对光源模块的位置可以由接近开光或者距离传感器等一类采集反馈信号确定。

摄像模块包括第一摄像组件和第二摄像组件，第一摄像组件和第二摄像组件分别设置在输送带端头的上方和下方，第一摄像组件和第二摄像组件均包括至少一个摄像机，摄像机可以选择高清的CCD摄像阵列，第一摄像组件用于执行工件上的视图采集，第二摄像组件用于执行工件上的孔特征投影采集。

容易理解地，传输平面的检测位的下方布设有光屏。在输送带端头区下方设置一个光屏，可以保证孔特征的投影采集效果。

一种孔内特征检测方法，包括以下步骤：

接收反馈信号，反馈信号为传感器在检测到工件进入检测位后生成的信号；

根据反馈信号生成控制指令，并将控制指令发送到光源模块，控制指令包括第一指令和第二指令，光源模块根据第一指令执行第一工作模式，或者根据第二指令执行第二工作模式；

确定光源模块执行第一工作模式，生成第一拍摄指令，并将第一拍摄指令发送到摄像模块，摄像模块包括第一摄像组件和第二摄像组件，第一摄像组件根据第一拍摄指令拍摄第一图像，第二摄像组件根据第一拍摄指令拍摄第二图像；

确定光源模块执行第二工作模式，生成第二拍摄指令，并将第二拍摄指令发送到第二摄像组件，第二摄像组件根据第二拍摄指令拍摄第三图像；

控制摄像模块将第一图像、第二图像和第三图像发送到图像分析模块，图像分析模块根据第一图像、第二图像和第三图像进行测量分析，生成工件孔特征的检测数据集。

图像分析模块对第一图像进行测量分析，包括以下步骤：

对从第一摄像组件得到的第一图像的图像数据做图像预处理，得到第一图样。可以理解地，图像预处理包括图像数据的去噪、二值化以及转灰度图等一类图像分析的前置技术手段。

对第一图样做孔特征的轮廓提取，得到孔轮廓用作像素分析，关于轮廓提取，在opencv中可以是对二值化后的图像寻找findContours函数，筛选出注水区域轮廓，然后通过drawContours函数对轮廓做标记。

基于预设的像素比例尺或者坐标转换关系对像素分析数据处理，得到真实孔轮廓尺寸数据，放入工件孔特征的检测数据集。以像素比例尺为例，在提取得到特征轮廓后，对轮廓范围的像素点计数，或者直接计算轮廓直径的像素距离再基于面积公式计算，之后，将像素比例尺，即像素尺寸与真实尺寸的比例换算系数带入，换算计算之后即可得到真实孔轮廓尺寸数据。

图像分析模块对第一图像进行测量分析，还包括以下步骤：对第一图样做图像识别，确定工件类别，即将工件图样与数据库中预录入的各个标准工件图样一一对比，根据比对所得差异，筛选差异最小的标准图样作为当前工件，读取该标准图样的信息，确定工件类别。

根据工件类别查找数据库（预存各类工件的标准参数），得到对应的孔尺寸数据，比较孔尺寸数据和真实孔轮廓尺寸数据，产生尺寸差异数据，放入检测数据集，从而根据上述可以基于第一摄像组件拍摄得到的图像数据做图像测量，完成工件类别识别，工件孔特征轮廓尺寸测量检测。

图像分析模块对第二图像进行测量分析，包括以下步骤：对第二图像做图像预处理，得到第二图样，基于预设的清晰度评价方法处理第二图样，得到清晰度评价数据，放入检测数据集。清晰度评价方法可以分有参考图和无参考图两类，对于本申请的环境而言，如果跳过人工做标准数据获取的步骤，则选择无参考图评价一类，如基于Brenner 梯度函数计算相邻两个像素的灰度差的次方，满足：

其中，f（x，y）即像素点（x，y）的灰度值。

可以理解地，上述图像识别和图像清晰度计算均为现有技术，本申请选用任一能达到上述功能的即可。根据上述可以基于第二摄像组件拍摄的孔特征的投影做清晰度计算，而已知的孔特征的清晰度除了与光屏相关外，还与孔内特征，如光滑程度相关，因此可通过清晰度评估孔内光滑程度，判断内部是否有残留物等。

图像分析模块对第三图像进行测量分析，包括以下步骤：对第三图像做图像预处理，得到多个第三图样，将第三图样与预设的标准图像比对，得到标准比对数据，放入检测数据集，将一个第三图像和另一个第三图样比较，得到同类比数据，放入检测数据集。标准比对数据、同类比对数据两者即通过对比像素差值，判断图样是否存在缺失。可以理解地，当工件某一孔被局部堵塞，其投影所得的图样必定与标准孔投影所得图样差异，因此可以通过上述比对数据判断孔内情况，而同类比对数据则主要是为了验证系统是否错误导致误判。

光源模块执行第一工作模式的时候，控制灯珠全部点亮，灯珠的灯色为白色，光源模块执行第二工作模式的时候，控制预指定的多个灯珠点亮，执行N次点亮行为，且每次点亮行为对应的多个灯珠中至少有一个不同，且灯珠的灯色为深色。

此孔内特征检测方法，可以基于图像做尺寸测量，得到孔的轮廓尺寸数据，基于工件孔特征的投影图像做清晰度计算和像素差异计算，得到用于评估孔内特征的数据，以辅助工作人员完成工件的孔特征检测，相对传统的检测方法，更加适用于新的工件输送方式。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种孔内特征检测系统，其特征在于，包括：

传输模块，包括用于传送工件的传输平面，所述传输平面上设置有检测位，所述检测位设置有用于感应工件是否到位的传感器；

光源模块，设置在所述检测位上方，所述光源模块包括第一工作模式和第二工作模式；

摄像模块，用于对工件进行摄像，所述摄像模块包括第一摄像组件和第二摄像组件，所述第一摄像组件和所述第二摄像组件分别设置在所述传输平面的上方和下方，所述第一摄像组件用于对工件进行视图采集，所述第二摄像组件用于对工件进行孔特征投影采集，当所述光源模块处于第一工作模式时，所述第一摄像组件和所述第二摄像组件对工件进行摄像，当所述光源模块处于第二工作模式时，所述第二摄像组件对工件进行摄像；

控制模块，包括第一控制模块和第二控制模块，所述第一控制模块用于生成控制指令，所述控制指令用于控制所述光源模块的工作状态，所述第二控制模块用于生成第一拍摄指令和第二拍摄指令，所述第一拍摄指令和第二拍摄指令均用于控制所述摄像模块的工作状态；以及

图像分析模块，用于对所述第一摄像组件和所述第二摄像组件拍摄的图像进行测量分析。

2.根据权利要求1所述的孔内特征检测系统，其特征在于：所述传输模块上设置有用于调整工件姿态的纠偏机构，所述纠偏机构包括能够轴向移动的装载板，所述装载板上安装有喷气纠偏喷嘴和喷嘴控制阀组，所述喷嘴控制阀组用于控制所述喷气纠偏喷嘴工作。

3.根据权利要求1所述的孔内特征检测系统，其特征在于：所述光源模块包括灯板、驱动控制器以及灯珠，所述灯板布设在所述检测位上方，所述灯珠以阵列形式设置在所述灯板上，所述驱动控制器用于控制所述灯珠工作，所述驱动控制器与所述第一控制模块连接。

4.根据权利要求1所述的孔内特征检测系统，其特征在于：所述传输平面的检测位的下方布设有光屏。

5.一种孔内特征检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收反馈信号，所述反馈信号为传感器在检测到工件进入检测位后生成的信号；

根据所述反馈信号生成控制指令，并将所述控制指令发送到光源模块，所述控制指令包括第一指令和第二指令，所述光源模块根据第一指令执行第一工作模式，或者根据第二指令执行第二工作模式；

确定所述光源模块执行第一工作模式，生成第一拍摄指令，并将所述第一拍摄指令发送到摄像模块，所述摄像模块包括第一摄像组件和第二摄像组件，所述第一摄像组件根据第一拍摄指令拍摄第一图像，所述第二摄像组件根据第一拍摄指令拍摄第二图像；

确定所述光源模块执行第二工作模式，生成第二拍摄指令，并将所述第二拍摄指令发送到第二摄像组件，所述第二摄像组件根据第二拍摄指令拍摄第三图像；

控制所述摄像模块将所述第一图像、所述第二图像和所述第三图像发送到图像分析模块，所述图像分析模块根据所述第一图像、所述第二图像和所述第三图像进行测量分析，生成工件孔特征的检测数据集。

6.根据权利要求5所述的孔内特征检测方法，其特征在于：所述图像分析模块对第一图像进行测量分析，包括以下步骤：

对第一图像做图像预处理，得到第一图样，对第一图样做孔特征的轮廓提取，得到孔轮廓用作像素分析，基于预设的像素比例尺或者坐标转换关系对像素分析数据处理，得到真实孔轮廓尺寸数据，放入工件孔特征的检测数据集。

7.根据权利要求6所述的孔内特征检测方法，其特征在于：所述图像分析模块对第一图像进行测量分析，还包括以下步骤：

对第一图样做图像识别，确定工件类别，根据工件类别查找数据库，得到对应的孔尺寸数据，比较孔尺寸数据和真实孔轮廓尺寸数据，产生尺寸差异数据，放入检测数据集。

8.根据权利要求5所述的孔内特征检测方法，其特征在于：所述图像分析模块对第二图像进行测量分析，包括以下步骤：

对第二图像做图像预处理，得到第二图样，基于预设的清晰度评价方法处理第二图样，得到清晰度评价数据，放入检测数据集。

9.根据权利要求5所述的孔内特征检测方法，其特征在于：所述图像分析模块对第三图像进行测量分析，包括以下步骤：

对第三图像做图像预处理，得到多个第三图样，将第三图样与预设的标准图像比对，得到标准比对数据，放入检测数据集，将一个第三图像和另一个第三图样比较，得到同类比数据，放入检测数据集。

10.根据权利要求5所述的孔内特征检测方法，其特征在于：所述光源模块执行第一工作模式的时候，控制灯珠全部点亮，灯珠的灯色为白色，所述光源模块执行第二工作模式的时候，控制预指定的多个灯珠点亮，执行N次点亮行为，且每次点亮行为对应的多个灯珠中至少有一个不同，且灯珠的灯色为深色。

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