一种压电陶瓷银片同心度质量自动检测方法和装置与流程

本发明涉及计算机视觉以及质量检测研究领域，特别涉及一种压电陶瓷银片同心度质量自动检测方法和装置。

背景技术：

压电陶瓷银片是将压电陶瓷烧结后，采用丝印的方式将银浆印在陶瓷片上，经烘干烧结形成的。压电陶瓷银片的质量好坏主要由下述三个方面来判定：(1)瓷片与银层的同心度：圆形压电陶瓷片内印好的圆形银层的中心须与压电陶瓷片的外圆同心，当二者圆心偏差大于一定值时，即同心度大于一定值时，为同心度不良；(2)烧结不良：银片的表面会因高温烧结而产生气泡、隆起、颜色改变，为烧结不良；(3)瓷片破损、银层划伤等。

同心度不良的检测不同于烧结不良和瓷片破损的检测，后两者可以通过定性判断是否存在各种缺陷，但同心度则要求进行定量尺寸判断来区分合格品和不合格品，因此在目前大多数还采用裸眼人工检测的生产线上，同心度实际上只做了非常粗糙的判断，因此产品质量的控制是很不精确的。

现有技术中进行同心度检测，大多采用霍夫变换查找内外圆，计算所查找到的圆的圆心和半径来测算同心度。此种方法对内圆和外圆的最小间距有一定的要求，内外圆距离太近，检测时算法很容易出现内圆和外圆重合到一起的现象。由于印在压电陶瓷片上的银浆形成的内圆一般都和陶瓷片的外圆距离很近，因此很容易出现或检测不到内圆或检测不到外圆的情况，从而无法正确计算内外圆的同心度；另外，当圆的大小发生变化时，该方法需要调整很多参数，如果参数设置不当，很容易出现无法查找到圆的情况，导致无法计算同心度。压电陶瓷银片作为应用广泛的系列产品，有着很多种大大小小不同的尺寸，上述方法将使工人很难在系统中正确地调整参数，致使系统无法正常工作。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种压电陶瓷银片同心度质量自动检测方法，该方法可自动测量不同尺寸的压电陶瓷银片的同心度，识别的准确率高，可靠性好。

本发明的另一目的在于提供实现上述压电陶瓷银片同心度质量自动检测方法的装置，该装置自动化程度高，工作效率高。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种压电陶瓷银片同心度质量自动检测方法，包括步骤：

(1)初始化：判断当前检测托板的颜色与压电陶瓷银片镀银区域的颜色是否接近，如果接近，则将待检测的压电陶瓷银片镀银面朝上，平放在检测托板上，将检测托板设置在摄像头拍摄视野内，摄像头拍摄得到原始图像；

(2)求外圆参数：提取原始图像中待检测压电陶瓷银片的外轮廓点集，进行圆拟合得到拟合外圆，计算拟合外圆的圆心和半径；

(3)求内圆参数：提取原始图像中待检测压电陶瓷银片的内轮廓点集，进行圆拟合得到拟合内圆，计算拟合内圆的圆心和半径；

(4)计算内外圆的同心度，如果同心度大于预设的阈值，则判定当前待检测的压电陶瓷银片为良品，否则为废品。

优选的，步骤(1)中，判断当前检测托板的颜色与压电陶瓷镀银区域的颜色是否接近，只在更换检测托板时判断一次，具体方法是：在检测托板的中央放置一个压电陶瓷银片，用摄像头采集一幅图像，通过霍夫变换定位压电陶瓷银片的圆心和外圆直径，统计位于外圆内的所有像素点的灰度平均值作为压电陶瓷银片的灰度平均值；由所述外圆开始向外扩大m个像素得到一个环状的背景区域，统计该背景区域内的灰度平均值，并将其和压电陶瓷银片的灰度平均值进行比较，当二者灰度之差在30-50范围内时，认定检测托板的颜色和压电陶瓷镀银区域的颜色接近。

优选的，步骤(2)中，提取原始图像中待检测压电陶瓷银片的外轮廓点集的步骤是：

(2-1)对原始图像进行高斯平滑；

(2-2)对平滑后的图像进行边缘检测；

(2-3)用拓扑原理和边缘跟踪法检测压电陶瓷银片外轮廓点集，具体是：逐行逐列扫描步骤(2-2)边缘检测后的二值图像，搜索到的第一条像素值由0变为1的边界即为外轮廓；

(2-4)根据外轮廓点集进行基于二次曲线的圆拟合，得到拟合外圆，记录其圆心和半径。

更进一步的，步骤(2-2)中采用canny边缘检测算法。

更进一步的，考虑到步骤(2-2)进行边缘检测后可能包含一些噪声，为了更准确找到外轮廓，对方法进行了如下改进：所述步骤(2-3)，提取边缘检测后所得图像中的所有边缘，计算每一条边缘所包围区域的面积，取面积最大值对应的边缘作为压电陶瓷银片外轮廓。

优选的，步骤(3)中，提取原始图像中待检测压电陶瓷银片的内轮廓点集的步骤是：

(3-1)对原始图像进行高斯平滑；

(3-2)利用检测托板的颜色与压电陶瓷银片镀银区域的颜色接近的特点，采用一矩形内核对平滑后的图像进行形态学闭运算，使得图像中仅保留压电陶瓷银片镀银区域；

(3-3)对步骤(3-2)所得图像进行边缘检测；

(3-4)提取压电陶瓷银片镀银区域的边缘，即内轮廓点集；

(3-5)根据内轮廓点集进行基于二次曲线的圆拟合，得到拟合内圆，记录其圆心和半径。

更进一步的，步骤(3-3)中采用canny边缘检测算法。

更进一步的，考虑到步骤(3-3)进行边缘检测后可能包含一些噪声，为了更准确找到外轮廓，对方法进行了如下改进：所述步骤(3-4)，提取边缘检测后所得图像中的所有边缘，计算每一条边缘所包围区域的面积，取面积最大值对应的边缘作为压电陶瓷银片镀银区域的边缘。

优选的，步骤(4)中，计算内外圆的同心度c的公式是：

c＝1-((x1-x2)²+(y1-y2)²)/(r-r)²

其中，(x1,y1)是外圆圆心，r是外圆半径，(x2,y2)是内圆圆心，r是内圆半径，同心度c的值域为[0,1]。

为了提高检测效率，检测托板上按照设定的排布方式一次放置n个待检测的压电陶瓷银片，根据各压电陶瓷银片中心坐标的排列规律确定每个待检测的压电陶瓷银片在图像中的位置，提取内外轮廓的步骤是：

步骤(2-2)提取图像中的所有边缘后，计算每一条边缘所包围区域的面积，按照面积由大至小进行排序，将面积最大的n条边缘对应的点集选定为待测的n个压电陶瓷银片的外轮廓点集；

步骤(3-3)提取图像中的所有边缘后，计算每一条边缘所包围区域的面积，按照面积由大至小进行排序，将面积最大的n条边缘对应的点集选定为待测的n个压电陶瓷银片的内轮廓点集。

一种用于实现上述压电陶瓷银片同心度质量自动检测方法的装置，包括控制器、工作台、摄像装置、检测托板和机械手，控制器分别与摄像装置、机械手相连，工作台上设有检测区，检测托板设置在该检测区处，摄像装置固定在检测托板的上方；在检测时，待检测的压电陶瓷银片镀银面朝上，按照一定排布方式放置在检测托板上，检测托板的颜色与压电陶瓷银片镀银区域的颜色接近；机械手的末端为一吸盘，根据检测托板上待检测的压电陶瓷银片的排布，吸盘上按同样排布方式设置若干个吸嘴；在检测区的一侧设有良品区，检测托板在控制器控制下可旋转，在检测托板旋转方向的下侧设有废品框；控制器根据上述压电陶瓷银片同心度质量自动检测方法对各个压电陶瓷银片进行检测，根据检测结果判定良品的位置，然后发送信号到机械手，机械手开启对应的吸嘴吸取良品并输送到良品区，然后控制器控制检测托板旋转使剩下的废品落入废品框。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明仅需一个ccd摄像头便可完成同心度的测量，无需其他传感器。

(2)本发明能够自动将压电陶瓷银片的内圆和外圆轮廓分开，能够很好的解决当压电陶瓷银片比较小时，用传统算法中会使内圆、外圆混合在一起，无法正确区分的难题。

(3)本发明通过对已经分开的内外圆轮廓进行圆拟合来确定圆心和半径，无需调整参数便可自动测量不同尺寸的压电陶瓷银片的同心度，适用范围广，操作简单。

(4)本发明识别准确率高，能够大大提高自动化检测的程度，提高生产效率。

(5)本发明通过采用一具有吸盘的机械手，可以实现检测后对良品的抓取，同时检测托板在控制器控制下可旋转，从而实现良品和废品的自动筛选，具有效率高的优点。

附图说明

图1为本实施例压电陶瓷银片同心度质量自动检测装置的系统组成示意图。

图2为本实施例自动测量同心度的工作流程图。

图3是本实施例同心度检测的算法流程图。

图4是本实施例同心度检测算法中检测外轮廓的流程图。

图5是本实施例同心度检测算法中检测内轮廓的流程图。

图6是本实施例方法中压电陶瓷银片的原图、高斯滤波结果图和形态学滤波结果图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例一种压电陶瓷银片同心度质量自动检测装置，包括pc机1、摄像头2、工作台3、检测托板4、良品区5、废品框6、机械手7。摄像头2设置在检测托板4的上方，具体高度可根据摄像头的参数、待检测压电陶瓷银片的大小等因素综合考虑设定，例如可设置为30-50cm。pc机1通过有线或无线的方式分别与摄像头2和机械手7信号连接，用于接收摄像头2拍摄的图像，基于图像处理的方式对当前图像中的压电陶瓷银片同心度进行质量检测，根据质量检测结果判定良品的位置，然后发送信号到机械手2，机械手2开启对应的吸嘴将良品吸取输送的良品区5，剩下的废品则落入废品框6。

本实施例中，在工作台3一侧设有一滑轨，良品区5、废品框6分别设置在工作台3的两端，机械手7沿着滑轨在检测托板4和良品区5之间滑动，在摄像头2进行拍摄时，机械手2停在良品区5上方。检测托板4的一侧固定在一旋转轴上，该旋转轴由一驱动电机控制，驱动电机与pc机1相连。在需要将检测托板上的废品去掉时，通过pc机1发送信号到驱动电机，驱动电机驱动旋转轴旋转，进而带动检测托板4旋转，废品框6设置在检测托板4旋转方向的下侧，因此废品自动落入废品框6。

为了便于吸取良品，检测托板4上待检测的压电陶瓷银片镀银面朝上，等间距地平放在检测托板4上，间距在5-8mm之间，具体也可根据待检测的压电陶瓷银片的尺寸、检测区以及检测托板的大小进行适应性调整。机械手7吸盘上吸嘴的排布方式与之相同。且检测托板4采用银色平板，颜色与压电陶瓷银片镀银区域的颜色接近。从而便于后续的图像检测。

另外，为了更进一步提高效率，将待检测的压电陶瓷银片放置到检测托板上这一过程，同样可采用机械手辅助上料装置实现，这一装置可直接采用现有的机械手装置，这里不再赘述。

同样的，为了提高装置的使用便捷性，本实施例在pc机1处还设有人机交互设备，该人机交互设备包括用户输入设备和显示设备，可以直接采用现有的键盘、触摸屏、显示屏等设备，从而可实现信息的输入和对外输出，这里输入的信息包括但不限于当前待检测压电陶瓷银片的型号、各种缺陷检测必须的预设值等，输出的信息包括但不限于当前采集的检测托板的图像、检测识别的过程图以及结果图，以及良品率、缺陷类型等信息。具体可根据实际应用，由操作者自主设定，这里不再赘述。

如图2所示，上述装置实现的压电陶瓷银片同心度质量自动检测方法，包括如下步骤：

(1)系统初始化，检查摄像头与pc机的连接、摄像头驱动软件的安装；检查机械手是否置于良品区；

(2)将压电陶瓷银片镀银面朝上，等间距地平放在检测托板上，间距可为5-8mm；

(3)根据产品型号设置良品和不合格品的同心度检测阈值；

(4)摄像头将检测托板上的全部压电陶瓷银片拍摄为一张图像，记为原始图像，传送至pc机内存中；

(5)测所述图像中各压电陶瓷银片的同心度值；

(6)将所述步骤(5)中测得的各压电陶瓷银片的同心度值逐一与所述步骤(3)中设定的阈值比较，判断各压电陶瓷银片属于良品还是不合格品，存储判断结果；

(7)pc机控制机械手吸取所有良品压电陶瓷银片，送至良品区；

(8)侧倾检测托板，使不合格品滑落至废品框。

在实际应用中，为了便于进行后续的图像处理，在更换检测托板时需要先判断当前检测托板的颜色与压电陶瓷镀银区域的颜色是否接近，具体方法是：在检测托板的中央放置一个压电陶瓷银片，用摄像头采集一幅图像，通过霍夫变换定位压电陶瓷银片的圆心和外圆直径，统计位于外圆内的所有像素点的灰度平均值作为压电陶瓷银片的灰度平均值；由所述外圆开始向外扩大50个像素得到一个环状的背景区域，统计该背景区域内的灰度平均值，并将其和压电陶瓷银片的灰度平均值进行比较，当二者灰度之差在30-50范围内时，认定检测托板的颜色和压电陶瓷镀银区域的颜色接近。

所述步骤(5)还包括如下步骤，见图3：

(5-1)提取原始图像中待检测压电陶瓷银片的外轮廓点集，进行圆拟合得到拟合外圆，计算拟合外圆的圆心和半径；

(5-2)提取原始图像中待检测压电陶瓷银片的内轮廓点集，进行圆拟合得到拟合内圆，计算拟合内圆的圆心和半径；

(5-3)计算内外圆的同心度，如果同心度大于预设的阈值，则判定当前待检测的压电陶瓷银片为良品，否则为废品，计算内外圆的同心度c的公式为：

c＝1-((x1-x2)²+(y1-y2)²)/(r-r)²

其中(x1,y1)是外圆圆心，r是外圆半径，(x2,y2)是内圆圆心，r是内圆半径，同心度c的值域为[0,1]。

参见图4，步骤(5-1)求外圆参数的具体步骤如下：

(5-1-1)对原始图像进行高斯平滑。

(5-1-2)用canny边缘检测算法检测平滑后图像的边缘。

(5-1-3)用拓扑原理和边缘跟踪法检测各压电陶瓷银片外轮廓点集。

本实施例设定检测托板上按照5×5的排布方式一次放置25个待检测的压电陶瓷银片，在进行检测时，先根据压电陶瓷银片中心坐标从左到右和从上到下的排列规律，确定每个待检测的压电陶瓷银片位置。

作为一种方案，在工作条件理想情况下，在每个待检测的压电陶瓷银片区域，采用逐行逐列扫描步骤(5-1-2)边缘检测后的二值图像，搜索到的第一条像素值由0变为1的边界即为外轮廓。这种方法实现简单，计算复杂度低，但对实验环境要求较高。

作为另一种方案，在考虑噪声点的情况下，利用压电陶瓷银片的外轮廓点集所包围区域的面积大于噪声的外轮廓点集所包围区域的面积特点，可以提取边缘检测后所得图像中的所有边缘，计算每一条边缘所包围区域的面积，按照面积由大至小进行排序，将面积最大的25条边缘对应的点集选定为待测的25个压电陶瓷银片的外轮廓点集。这种方法对实验环境要求低。

(5-1-4)将所述步骤(5-1-3)得到的各外轮廓点集进行基于二次曲线的圆拟合，得到各压电陶瓷银片的拟合外圆。

(5-1-5)计算所述步骤(5-1-4)得到的各拟合外圆的圆心和半径，定为各压电陶瓷银片外圆的圆心和半径。

参见图5，步骤(5-2)求内圆参数的具体步骤如下：

(5-2-1)对原始图像进行高斯平滑。

(5-2-2)利用检测托板的颜色与压电陶瓷银片镀银区域的颜色接近的特点，采用一矩形内核对平滑后图像进行形态学闭运算，使得图像中仅保留压电陶瓷银片镀银区域。见图6，其中第一行为原图，第二行为高斯滤波结果图，第三行为形态学闭运算后结果图。

(5-2-3)用canny边缘检测算法对形态学闭运算后的图像进行边缘检测。

(5-2-4)用拓扑原理和边缘跟踪法检测各压电陶瓷银片镀银区域的轮廓点集。

同样的，为了避免噪声影响，利用压电陶瓷银片的内轮廓点集所包围区域的面积大于噪声的内轮廓点集所包围区域的面积特点，可以提取边缘检测后所得图像中的所有边缘，计算每一条边缘所包围区域的面积，按照面积由大至小进行排序，将面积最大的25条边缘对应的点集选定为待测的25个压电陶瓷银片的内轮廓点集。这种方法对实验环境要求低。

(5-2-5)将所述步骤(5-2-4)得到的各内轮廓点集进行基于二次曲线的圆拟合，得到各压电陶瓷银片镀银区域的拟合圆；

(5-2-6)计算所述各镀银区域的拟合圆的圆心和半径定为各压电陶瓷银片内圆的圆心和半径。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。