专利名称：高压天然气瓶球状瓶口ccd打标缺陷检测方法
技术领域：
本发明涉及一种高压天然气瓶球状瓶口 CCD打标缺陷检测方法，用于气动标记打 印机打标缺陷领域的检测。
背景技术：
由国家标准规定在钢瓶上打印的字符包括有出厂检验标记、制造厂代号、钢瓶的 壁厚、容积、编号、水压实验压力以及出厂日期等共三十多个字符，分布在钢瓶肩部范围的 球面上，且按三排排列。有些参数可以固定不变，如厂标。而有些字符如编号、压力，每个钢 瓶均不相同。又有一些字符对于一批零件可以是相同的，如出厂日期等。每支气瓶锻造成 型的外形尺寸和设计尺寸相差很大，尤其薄壁圆筒件旋转椭球面型冲压縮口过程中产生大 量的锻造缺陷和氧化皮剥落等缺陷。如果严格按照理论设计的外形尺寸供给数控系统进行 加工，容易产生在缺陷位置打标、打标不清晰等缺陷。参考国内外高压天然气瓶气动打标机 的制造厂商，如加拿大的伊斯沃公司、上海的子林机电设备有限公司，重庆的恒伟公司、沈 阳飞捷机电科技有限公司所生产的气动打标机均为开环系统，对打标缺陷均采用手工打磨 的方式，效率低下。丹东华日理学电气公司所申请的实用新型专利——线扫描式X射线实 时成像检测系统缺陷打标器，通过X射线进行扫描探伤，当检测工件缺陷，利用实时成像系 统进行软件计算，控制系统发出控制脉冲到驱动器，驱动电机转动，从而带动气动打标笔移 动到缺陷位置上方，自动弹起标记笔头在工件上打上标记点，标记缺陷位置。具有结构简 单、定位精度高、适用性强的优点。但是X射线对人体有伤害，并且还要建造铅房来进行工 作，这种铅房造价非常高，同时它的其它配套仪器设备价格非常昂贵，不能适应大批量生产 需要。采用CCD摄像头，与工件不接触，并且CCD传感器占地面积小，价格低，维护方便，直 接从CCD采集图像中获取打标缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高压天然气瓶球状瓶口 CCD打 标缺陷检测方法，该方法处理简单快速，检测精度高，适用于实际生产。 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种高压天然气瓶球状瓶口 CCD打 标缺陷检测方法，该方法包括以下步骤 (1)图像获取CCD摄像头采集高压天然气瓶球状瓶口肩部图像，由图像采集卡将 采集到的图像信号传递给计算机； (2)图像处理对获取的图像进行图像去噪、图像二值化、图像分割和缺陷提取， 并提取缺陷图像的各个特征参数； (3)数据标定图像处理完成后，将图像特征参数数据存入数据库，最后对整个缺 陷图像进行统计，数据标定后将优化打标区域传送给数控生产机械的控制单元，以此作为 执行机构工作时的定位信号； 进一步地，所述步骤(2)中，采用自适滤波法进行图像去噪，去除在摄像时由于光
3学系统的失真、相对运动、大气流动使图像出现散点、闪烁等模糊现象；采用迭代求最佳阀 值法将去噪后的图像二值化；通过门限算法利用目标区域和背景区域在灰度方面的差异来 实现对图像的分割；通过黑色填充算法进行缺陷提取，并完成缺陷图像的各个特征参数的 获取； 本发明的有益效果是本发明创新性地将CCD技术引入到打标理想区域的选择， 自动获取每支气瓶的外形轮廓，判别误差及缺陷，根据每支气瓶外形轮廓质量自适应地调 节打标参数。根据CCD图像采集气瓶的轮廓数据，经图像处理后优化选择理想的打标区域， 确定位置参数提供数控系统，数控系统控制气瓶旋转到最佳打标区域。根据CCD图像采集 参数提供打标参数和节拍，这些数据生成实际的瓶体数据文件，生成控制打标路径程序。从 而确保气瓶打标质量，提高气瓶打标成材率。采用本发明的方法所获取的打标缺陷图像特 征明显，相应的图像处理算法简单快速，使本发明的检测方法速度快、精度高(检测精度为 0. 1mm)、稳定可靠、图像清晰，在高压天然气瓶打标机中具有广泛的应用前景。
图1为本发明高压天然气瓶球状瓶口 CCD打标缺陷检测方法流程图； 图2为本发明高压天然气瓶球状瓶口 CCD打标缺陷检测系统的图像处理流程图； 图3为本发明实施案例中获取的图像去噪后的高压天然气瓶球状瓶口肩部打标
缺陷图像； 图4为本发明实施案例中获取的图像二值化后的高压天然气瓶球状瓶口肩部打 标缺陷图像； 图5为本发明实施案例中获取的图像分割后的高压天然气瓶球状瓶口肩部打标 缺陷图像； 图6为本发明实施案例中提取的高压天然气瓶球状瓶口肩部打标缺陷图像。
具体实施例方式
本发明在光源探照下，采用CCD摄像头采集高压天然气瓶外形轮廓图像，由图像
采集卡电路作用后，将采集到的图像信号传递给计算机，进行数字图像处理与识别，经图像
去噪、图像二值化、图像分割和缺陷提取后提取缺陷图像的各个特征参数作为识别依据，并
将图像特征参数数据存入数据库，最后对整个缺陷图像进行统计，数据标定后将优化打标
区域传送给数控生产机械的控制单元，以此作为执行机构工作时的定位信号。 本发明的方法主要包括图像获取、图像处理、数据标定三个步骤，具体如下 1、图像获取 图像的捕获和获取主要通过CCD摄像头与计算机的图像采集卡来完成，CCD摄像 头与计算机的图像采集卡直接相连。CCD摄像头是一种高灵敏度的光电转换器件，以其自扫 描、高分辨率、易于与计算机连接等优点、已成为空间光学、微光夜视、X光成像系统，遥感等 系统中不可或缺的器件。按照视频捕捉过程中前后两帧之间的间隔来划分，捕捉方式可分 为连续捕捉和单帧捕捉两种方式，且可通过硬调节或软调节来获取视频图像的质量。
本发明所用光源可以采用白炽灯，CCD摄像头可以采用Sony Exview HADInterline CCD摄像头，图像采集卡为10M00NS SDK-2000图像采集卡。由CCD摄像头获取高压天然气瓶球状瓶口肩部图像后，由图像采集卡将采集到的图像信号传递给计算机。
2、图像处理 在取得高压天然气瓶球状瓶口肩部图像后，对采集图像进行图像去噪、图像二值 化、图像分割和缺陷提取，并提取缺陷图像的各个特征参数。 采用自适滤波法进行图像去噪，去除在摄像时由于光学系统的失真、相对运动、大 气流动使图像出现散点、闪烁等模糊现象，图像去噪可以更好的保护图像的边缘和高频细 节信息。 为了分析图像的特性，常常从图像中分离出对象物，并为了图形和背景而采用二 值化处理。图像的二值化可根据下式的阈值处理来进行。 其中，(i， j)为图像坐标，t为阀值。通常，在处理结果的二值图像值f(i， j)中， 值为1的部分表示对象图形，值为0的部分表示背景.在获取高压天然气瓶肩部球面图像 发现缺陷图像与背景灰度差别很大，在灰度直方图上为两个独立的波峰显示，故采用迭代 求最佳阀值法将去噪后的图像二值化。 由于高压天然气瓶肩部球面图像中的打标缺陷可能有多个，所以须将二值化后的 图像分割成多个独立的子图像，提前设定好理论最小缺陷，如所获取的子缺陷图像大于理 论最小缺陷，即认为该子图像缺陷为打标缺陷。设图像f(x， y)的灰度范围属于[zl， z2]， 根据一定的经验及知识确定一个灰度门限，或者根据一定的准则确定[zl， z2]的一个划分 zl， z2，其中zl代表目标，z2代表背景。根据像素的灰度属于这个划分的哪个部分将其分 类，称为灰度门限。即如果f(x，y)属于zl，判断(x，y)像素属于目标。如果f(x，y)属于 z2，则判断(x， y)像素属于背景。通过门限算法利用目标区域和背景区域在灰度方面的差 异来实现对图像的分割。在取得高压天然气瓶打标缺陷子图像后，利用边界提取和轮廓跟 踪获得打标缺陷的边界点集。边界提取可用填充黑色部分的算法对每一个像素若满足 则填充为白色f (x，y) = 255从而提取缺陷边界，完成缺陷图像的各个特征参数的 获取。 3、数据标定 图像处理完成后，将图像特征参数数据存入数据库，最后对整个缺陷图像进行统 计，数据标定后将优化打标区域传送给数控生产机械的控制单元，以此作为执行机构工作 时的定位信号。 以下结合附图和实施案例对本发明的技术方案作进一步描述，本发明的目的和效 果将变得更加明显。 本发明高压天然气瓶球状瓶口 CCD打标缺陷检测方法流程如图1所示。在光源探 照下，CCD图像采集卡在CCD驱动电路的驱动下采集高压天然气瓶外形轮廓图像，将采集到 的图像信号传递个计算机进行数字图像处理与识别。 在取得高压天然气瓶球状瓶口肩部图像后，如图2所示对采集图像进行图像去
当f(x， y)^时 当f(x， y)〈t时
J]J] ZO,力噪、图像二值化、图像分割和缺陷提取，并提取缺陷图像的各个特征参数，采用自适滤波去 除在摄像时由于光学系统的失真、相对运动、大气流动使图像出现散点、闪烁等模糊现象， 图像去噪可以更好的保护图像的边缘和高频细节信息。得到图像如图3所示。为了分析图 像的特性，常常从图像中分离出对象物，并为了图形和背景而采用二值化处理。图像的二值 化可根据下式的阈值处理来进行。 其中，(i， j)为图像坐标，t为阀值。通常，在处理结果的二值图像值f(i， j)中， 值为1的部分表示对象图形，值为0的部分表示背景.在获取高压天然气瓶肩部球面图像 发现缺陷图像与背景灰度差别很大，在灰度直方图上为两个独立的波峰显示，故采用迭代 求最佳阀值法将去噪后的图像二值化。得到图像如图4所示。 由于高压天然气瓶肩部球面图像中的打标缺陷可能有多个，所以须将二值化后的 图像分割成多个独立的子图像，提前设定好理论最小缺陷，如所获取的子缺陷图像大于理 论最小缺陷，即认为该子图像缺陷为打标缺陷。设图像f(x， y)的灰度范围属于[zl， z2]， 根据一定的经验及知识确定一个灰度门限，或者根据一定的准则确定[zl， z2]的一个划分 zl， z2，其中zl代表目标，z2代表背景。根据像素的灰度属于这个划分的哪个部分将其分 类，称为灰度门限。即如果f(x，y)属于zl，判断(x，y)像素属于目标。如果f(x，y)属于 z2，则判断(x， y)像素属于背景。通过门限算法利用目标区域和背景区域在灰度方面的差 异来实现对图像的分割。在取得高压天然气瓶打标缺陷子图像后，利用边界提取和轮廓跟 踪获得打标缺陷的边界点集。边界提取可用填充黑色部分的算法对每一个像素若满足 则填充为白色f (x，y) = 255从而提取缺陷边界，完成缺陷图像的各个特征参数的 获取。得到图像如图6所示。 图像处理完成后，将图像特征参数数据存入数据库，最后对整个缺陷图像进行统 计，数据标定后将优化打标区域传送给数控生产机械的控制单元，以此作为执行机构工作 时的定位信号。
当f(x， y)》,时 当f(x， y)〈t时5 J]Z /(X,少)=0
权利要求
一种高压天然气瓶球状瓶口CCD打标缺陷检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)图像获取CCD摄像头采集高压天然气瓶球状瓶口肩部图像，由图像采集卡将采集到的图像信号传递给计算机。(2)图像处理对获取的图像进行图像去噪、图像二值化、图像分割和缺陷提取，并提取缺陷图像的各个特征参数。(3)数据标定图像处理完成后，将图像特征参数数据存入数据库，最后对整个缺陷图像进行统计，数据标定后将优化打标区域传送给数控生产机械的控制单元，以此作为执行机构工作时的定位信号。
2. 根据权利要求1所述高压天然气瓶球状瓶口 CCD打标缺陷检测方法，其特征在于，所 述步骤(2)中，采用自适滤波法进行图像去噪，去除在摄像时由于光学系统的失真、相对运动、大气流动使图像出现散点、闪烁等模糊现象。
3. 根据权利要求1所述高压天然气瓶球状瓶口 CCD打标缺陷检测方法，其特征在于，所 述步骤(2)中，采用迭代求最佳阀值法将去噪后的图像二值化。
4. 根据权利要求l所述高压天然气瓶球状瓶口 CCD打标缺陷检测方法，其特征在于，所 述步骤(2)中，通过门限算法利用目标区域和背景区域在灰度方面的差异来实现对图像的 分割。
5. 根据权利要求l所述高压天然气瓶球状瓶口 CCD打标缺陷检测方法，其特征在于，所 述步骤(2)中，通过黑色填充算法进行缺陷提取，并完成缺陷图像的各个特征参数的获取。
全文摘要
本发明公开了一种高压天然气瓶球状瓶口CCD打标缺陷检测方法，在光源探照下，采用CCD摄像头采集高压天然气瓶外形轮廓图像，由图像采集卡将采集到的图像信号传递给计算机，进行数字图像处理与识别，经图像去噪、图像二值化、图像分割和缺陷提取后提取缺陷图像的各个特征参数作为识别依据，并将图像特征参数数据存入数据库，最后对整个缺陷图像进行统计，数据标定后将优化打标区域传送给数控生产机械的控制单元，以此作为执行机构工作时的定位信号；本发明所获取的打标缺陷图像特征明显，相应的图像处理简单快速，检测速度快、精度高、稳定可靠，适合于实际工业场合。
文档编号G01N21/88GK101706447SQ20091015374
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者姜晓明, 王进, 程仙平, 陆国栋, 黄召亮 申请人:浙江大学;兰溪市海德机床制造有限公司