专利名称：基于图像识别的轮毂安装孔形位参数的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆轮毂的检测方法，尤其涉及一种基于图像识别的 轮毂安装孔形位参数检测方法。
背景技术：
图像识别是从图像中自动提取相关信息的一种先进技术，其基本内容 包括灰度变换、图像分割、边缘检测等等。对于开发基于输入图像处理分 析的智能检测系统来说，图像识别是一个十分关键的环节。轮毂又叫轮圏，是汽车、摩托车等机动车辆的重要形势部件之一。作 为一种要求较高的保安件，轮毂与车辆的行驶性能有着很大联系。在行驶 过程中，轮毂除了承受正压力之外，还承受着因车辆启动、制动时扭矩的 交互作用，以及行驶中转弯、冲击等来自各个方向的不规则受力。高速旋 转中的轮毂，对于车辆的安全性、平稳性、操作性等有着直接影响。近年来，铝合金轮毂以其质轻、节能、散热好、耐腐蚀性强、加工性 能好、外形美观的优点，正逐步成为取代传统钢制轮毂的最佳选择，尤其 是现代轿车已经普遍采用各式各样的铝合金轮毂。在生产工艺上，铝合金轮毂是一种非常美观的曲面孔系零件。轮毂的 安装孔包括一个中心孔和均匀分布在中心孔周边的多个螺栓孔。轮毂利用数控加工的4 10个螺栓孔来实现安装定位，这些螺栓孔的数目、尺寸与 排列方式关系到轮毂的多项指标性能，并且在质量控制、产品检测等方面 有着重要的表征意义，是轮毂设计制造的关键所在。各个螺栓孔(包括中 心孔)的圆心位置及直径尺寸，统称为轮毂的形位参数；由周边螺栓孔圆 心所构成的圆的直径尺寸，称为轮毂的"节圆直径(PCD, Pitch Circle Diameter)",它是质量检测中一项非常关键的指标参数。随着社会经济的发展，人们对汽车性能的要求也越来越高，这就带动 了轮毂加工过程和检测过程的智能化、高标准化。为了适应国内外汽车厂 商对铝合金轮毂生产的严格要求，研发一种高精度、高效率、智能化的在线式检测设备，对汽车的产业化生产有着重大意义。目前，欧美市场对高档轿车铝合金轮毂的形位公差和尺寸精度要求已 达到微米级，而一些发达国家也由轮毂生产逐步转向高精度高价值的轮毂 检测仪器生产上来，但是这些检测仪器的价格往往极其昂贵。而国内汽车 生产企业针对轮毂形位参数的检测方法，大都依靠半手工方式测量获得， 精度和效率低下，无法满足大规模、高标准生产的需要。因此，迫切需要 一种高效、快速、精确的检测方法，能够一次性、自动的获取多个轮毂参 数。另一方面，随着消费者对于汽车外形的日益关注，同一款l仑毂设计产 品的生命周期越来越短，不断推陈出新的轮毂款式势必要求新一代的检测 设备对不同型号的轮毂都具有良好的适应性。根据权威机构查新表明，轮毂节圆参数检测设备作为 一种智能化的专 用设备，国内外对其研究并不多。国内轮毂厂一般采用三坐标测量机来完 成轮毂螺栓孔直径、相邻螺栓孔距等参数的测量，但该设备昂贵的价格、 以及对操作人员和环境的高要求使其难以普及。另一方面，尽管现在国内 市场上也有其他功能较为单一的自动化、半自动化轮毂检测仪器，但是这 些仪器在市场上仍处于兴起阶段还未普及，并且多数不具备数据自动处理 能力。智能化的轮毂形位参数检测仪器以及这方面的研究成果仍然很少。中国专利申请200610132358.5公开了 一种基于图像理解的轮毂铸造 缺陷自动检测方法及装置，利用PLC控制系统精确控制轮毂的移动、转 动以及X光管的移动，PLC控制系统的参数由PC机中的轮毂铸造缺陷检 测软件设定。X光拍摄轮毂的各个位置的图像，所述位置由PC机中的轮 毂铸造缺陷检测软件设定，轮毂铸造缺陷检测软件通过检测算法自动识别 轮毂中的铸造缺陷。发明内容本发明提供了 一种检测效率、检测精度高的基于图像识别的轮毂安装 孔形位参数4企测方法。一种基于图像识别的轮毂安装孔形位参数的检测方法，包括以下步骤(1)获取带有标定模板的轮毂的数字图像，提取数字图像中标定模 板的亚像素级角点坐标，标定数字图像坐标系的主点以及CMOS像素的间距，根据主点位置及CMOS像素间距计算得到数字图像的畸变校正系 数；提取数字图像中标定模板的亚像素级角点坐标的方法为基于Radon 变换以及改进的Harris算法的角点4企测方法。(2)获取被检测轮毂安装孔所在侧面的轮毂数字图象； 轮毂数字图像为24位彩色位图。(3 )将轮毂数字图象依次进行灰度转换、图像压缩和图像二值化处理；灰度转换采用标准亮度转换公式Y=0.299R+0.587G+0.114B。 Y表示 白光亮度，R、 G、 B分别代表红、绿、蓝三色光的亮度。 图像压缩率为1: 1024~ 1: 2048。(4) 将二值化图像进行基于连通区域查找的区域分割，得到轮毂各 个安装孔的有效区域；(5) 在轮毂各个安装孔的有效区域上进行边缘检测，提取安装孔的 边缘信息，定位安装孔边界，同时根据畸变校正系数对安装孔边界进行几 何畸变校正；(6) 将安装孔边界上的随机点进行基于多项式的亚像素插值细分， 得到更加精确的安装孔边界；(7) 根据安装孔边界的随机点拟合各个安装孔的圆心和直径，根据 各个螺栓孔的圆心位置拟合轮毂的节圆参数。根据标定的CMOS像素间距，可将轮毂安装孔各形位参数从图像坐 标系下的像素单位换算至物理坐标系下的毫米单位。本发明提供的基于图像识别的轮毂节圆参数检测方法，使得轮毂检测 过程的效率和精度大大提高，同时也减轻了工人的劳动强度，能广泛适合 于工业检测的多种场合，为进一步实现轮穀的在线质量监控、质量分析和 统计提供了很好的基础，在实际生产中有着重要意义。
图1为本发明车辆轮毂检测装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示， 一种车辆轮毂检测装置，包括底座l，底座l上设有带提升机构的轮毂托盘4和夹具3，所述的提升机构为汽缸2，汽缸2至少 两只，汽缸2的一端垂直固定于底座1上，另一端垂直固定于轮毂托盘4 的下端面，使轮毂托盘平行于水平面。底座1的下端面设有若干个平衡脚，平衡脚至少3个以上，方便平稳 摆放检测装置。轮毂托盘4以夹具3为中心布置，轮毂托盘4上设有距离可调的定位 块14，用于4企测时预定位轮毂。夹具3—端垂直固定于底座1上，另一端为一截顶圆锥体，圆锥体内 设有多爪伸缩机构，顶部设有气动夹紧件，其下部与顶部的气动夹紧件配 合以夹紧或松开轮毂中心孔。底座l上设有垂直固定于底座l的顶梁9，顶梁9通过连杆固定有环 形光源5,环形光源5位于夹具3的正上方，环形光源5采用精心挑选的 LED灯，发出均匀光线。顶梁9的上部设有电机11，电机ll下方的顶梁9上固定有竖直的丝 杆10和滑杆8，电机ll下方与丝杆10相连，滑杆8上套有水平横梁7， 横梁7—端的设有螺孔，丝杆10穿过螺孔并驱动横梁7上下移动。横梁7另一端固定有摄像头6 (杭州奥泰图像系统集成有限公司， AT-MVC3000 ),摄像头6位于环形光源6的正上方。当电机11工作时， 带动丝杆10转动，从而丝杆10驱动横梁7—端，横梁7沿着滑杆8上下 移动，从而调整4聂像头6的高度。摄像头6通过数据线与数据控制器13相连接，数据控制器13主要用 于分析处理摄像头6采集的数据。上述实施例的车辆轮毂检测装置工作过程如下1. 接通电源，启动轮毂检测装置。2. 在对某一型号的铝合金轮毂进行检测前，先对该型号的轮毂进行标 定，具体标定步骤如下a)将棋盘标定模板紧贴固定在标定轮毂的中心安装孔下端面，将带 有标定模板的轮毂水平放置在检测装置的轮毂托盘4上，轮毂外圓周面紧 贴距离可调的定位块14上，完成预定位；b) 通过提升机构使轮毂下降，轮毂中心孔无限接近夹具3，夹具3 顶部的截顶圆锥体引导铝合金轮毂，完成在检测装置上的精确定位，再用 气动夹紧件夹紧被测铝合金轮毂；c) 摄像头6通过电机11驱动不断调整高度，得到最佳清晰的轮毂安 装孔成像图后进行拍摄，得到中心区域为标定模板的轮毂数字图像；d) 操作者通过数据控制器13发出"标定计算"指令，通过基于改进 Harris算法的角点检测方法提取数字图像中标定模板的亚像素级角点坐 标，标定数字图像坐标系的主点以及CMOS像素的间距，根据主点位置 及CMOS像素间距计算得到数字图像的畸变校正系数。3. 完成标定后的检测装置进入待检测状态，被检测铝合金轮毂15下 线后，将其水平放置在检测装置的轮毂托盘4上，轮毂外圆周面紧贴距离 可调的定位块14上，完成预定位；4. 操作者通过数据控制器13发出指令，可以选择"自动"和"手动" 两种不同的检测模式，其对轮毂安装孔形位参数的检测方法如下(1 )操作者通过数据控制器13发出"开始测量"指令，提升机构使轮 毂下降，轮毂中心孔无限接近夹具3，夹具3顶部的截顶圆锥体引导铝合 金轮毂，完成在检测装置上的精确定位，再用气动夹紧件夹紧被测铝合金 轮毂，摄像头6拍取被检测轮毂安装孔所在侧面的轮毂24位彩色位图；(2) 将拍取的轮毂24位彩色位图依次进行基于标准亮度转换公式 Y=0.299R+0.587G+0.114B的灰度转换、图像压缩(压缩率为l: 1024 ~1: 2048。)和图像二值化处理；(3) 将二值化图像进行基于连通区域查找的区域分割，得到轮毂各 个安装孔的有效区域；(4) 在轮毂各个安装孔的有效区域上进行边缘检测，利用3*3非线 性中值滤波以及改进的八方向Sobel梯度算法提取安装孔图像的边缘信 息，定位安装孔边界；(5 )对安装孔边界上的随机点进行基于多项式的亚像素插值细分， 得到更加精确的边界，同时根据畸变校正系数对安装孔边界进行几何畸变 校正；(7)根据安装孔边界的随机点，利用最小二乘法拟合各个安装孔的 圓心和直径，再根据各个螺栓孔的圆心位置，进一步拟合轮毂的节圆参数。根据标定的CMOS像素间距，将轮毂参数从图像坐标系下的像素单位换 算至物理坐标系下的毫米单位。5. 检测完毕后，将铝合金轮毂15从轮毂托盘4上卸下，准备检测下一 个同型号的铝合金轮毂；6. 当所有的同型号轮毂检测完毕后，操作者通过数据控制器13发出 "检测结束"的指令，使电机ll驱动调整高度，复位摄像头6的位置；7. 关闭轮毂;险测装置，切断电源。
权利要求
1. 一种基于图像识别的轮毂安装孔形位参数的检测方法，包括以下步骤(1)获取带有标定模板的轮毂的数字图像，提取数字图像中标定模板的亚像素级角点坐标，标定数字图像坐标系的主点以及CMOS像素的间距，根据主点位置及CMOS像素间距计算得到数字图像的畸变校正系数；(2)获取被检测轮毂安装孔所在侧面的轮毂数字图象；(3)将轮毂数字图象依次进行灰度转换、图像压缩和图像二值化处理；(4)将二值化图像进行基于连通区域查找的区域分割，得到轮毂各个安装孔的有效区域；(5)在轮毂各个安装孔的有效区域上进行边缘检测，提取安装孔的边缘信息，定位安装孔边界，同时根据畸变校正系数对安装孔边界进行几何畸变校正；(6)对安装孔边界上的随机点进行基于多项式的亚像素插值细分，得到更加精确的安装孔边界；(7)根据安装孔边界的随机点拟合各个安装孔的圆心和直径，根据各个螺栓孔的圆心位置拟合轮毂的节圆参数。
2. 根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于所述的步骤(1)中 提取数字图像中标定模板的亚像素级角点坐标的方法为基于Radon变换 以及改进的Harris算法的角点检测方法。
3. 根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于所述的步骤(2)中 的轮毂数字图像为24位彩色位图。
4. 根据权利要求1所迷的检测方法，其特征在于所述的步骤(3)中 的灰度转换采用标准亮度转换公式Y-0.299R+0.587G+0.114B ， Y表示白 光亮度，R、 G、 B分别代表红、绿、蓝三色光的亮度。。
5. 根据权利要求1所迷的检测方法，其特征在于所述的步骤(3)中 的图像压缩率为1: 1024~ 1: 2048。
全文摘要
本发明公开了一种基于图像识别的轮毂形位参数检测方法，包括以下步骤拍取带有标定模板的轮毂的数字图像，获取数字图像的畸变校正系数；将轮毂数字图像依次进行灰度转换、图像压缩和图像二值化处理；将二值化图像进行基于连通区域查找的区域分割，得到轮毂各个安装孔的有效区域；在轮毂各个安装孔的有效区域上进行边缘检测，提取安装孔的边缘信息，定位安装孔边界，同时对安装孔边界进行几何畸变校正；将安装孔边界上的随机点进行亚像素插值细分，得到更加精确的安装孔边界；根据安装孔边界的随机点拟合各个安装孔的圆心和直径，根据各个螺栓孔的圆心位置拟合轮毂的节圆参数。本发明方法使得轮毂检测过程的效率和精度大大提高，同时也减轻了工人的劳动强度。
文档编号G01B11/00GK101251368SQ20081006052
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月26日 优先权日2008年3月26日
发明者莹 乐, 徐新民 申请人:浙江大学