一种基于机器视觉的弹簧尺寸在线测量系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机器视觉测量领域，尤其设及一种基于机器视觉的弹黃尺寸在线测量 系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 弹黃的外观参数是衡量弹黃好坏很重要的指标之一，主要有；外径、内径、黃面打 磨四分之=圈W上、黃高、圈数和钢丝直径等。当前与先进工业化国家相比，我国弹黃行业 总体技术水平较为落后，国内外的测量系统并不是很完善，存在着许多问题和缺陷，尤其是 对于一些中小型弹黃企业，现有的弹黃参数测量基本是人工抽检，手动测量的方式，该种方 式不仅费时费力，测量精度低，受人员因素影响较大，同时会出现出厂的弹黃不能完全达到 精度要求的情况，造成很大的浪费和经济损失，而且，国内企业在设计研发、弹黃质量、废品 率、过程控制等环节与国际先进水平相比仍存较大差距。在检测装备方面，国外已普遍采用 了自动在线检测手段、检测结果数据的显化、自动进行数理统计、自动反馈调整功能、压力 自动分选等控制手段；对弹黃的尺寸，如高度、外径、圈数、负荷及探伤、弹黃黃面打磨面的 角度即弹黃黃面打磨角等实施全部产品自动检测，但是国外全自动弹黃质量检测的系统对 于小型的弹黃生产企业来说，投资比较大。
[0003] 随着光电传感器元件的高速发展和日益提高，机器视觉测量技术已经成为一种对 工业现场环境要求小的高速度、高精度非接触式几何量测量方案。现有的对基于机器视觉 的弹黃参数自动测量的研究，希望能改善人工测量的不足，并能降低成本。如何自动、快速、 高精度的测量生产的每根弹黃的外观参数，从而根据技术标准判断弹黃外观是否满足质量 要求，成为急需解决的问题；同时弹黃测量精度和速度的提升，可W提高生产弹黃的质量， 降低生产成本，提高经济效益和社会效益。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种基于机器视觉的弹黃尺寸在线测量系 统及其方法，该方法能够实现自动、快速、高精度的测量弹黃外观参数，同时通过对弹黃尺 寸数据的实时分析，及时发现问题并纠正，可提高生产效率，节约成本，提高所生产弹黃的 精度。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用W下技术方案：
[0006] 一种基于机器视觉的弹黃尺寸在线测量系统，包括：
[0007] 载物台，所述载物台上设有传输待测弹黃的传送机构，所述传送机构与驱动机构 相连；所述载物台上还设有剔除机构，所述驱动机构和剔除机构分别与主控制器相连；
[000引光源，其设置在待测弹黃上方，用于为待测弹黃提供照明；
[0009] 光源控制器，其与光源相连，用于控制光源的通断和强度；
[0010] 工业相机，设置于待测弹黃的正上方，所述工业相机与主控制器相连，工业相机用 于采集弹黃图像并传送至主控制器进行处理，得到待测弹黃的内外径和黃面打磨角尺寸参 数，并存入存储器中；
[0011] 主控制器得到的待测弹黃的内外径和黃面打磨角尺寸参数与预设的弹黃的内外 径和黃面打磨角尺寸参数范围相比较，若待测弹黃的内外径和黃面打磨角尺寸参数均在预 设的弹黃的内外径和黃面打磨角尺寸参数范围内，则判定待测弹黃合格，传送机构继续传 输弹黃；否则主控制器控制剔除机构剔除不合格弹黃。
[0012] 所述光源为L邸光源，用于为工业相机提供效率高的照明。
[0013] 所述驱动机构包括第一驱动电机，所述第一驱动电机与减速器相连，所述第一驱 动电机与减速器均与主控制器相连，用于驱动传送机构运动，进而带动待测弹黃运动。
[0014] 所述剔除机构包括推板，所述推板设置于载物台上，推板与第二驱动电机相连，所 述第二驱动电机与主控制器相连，用于剔除不合格弹黃。
[0015] 所述主控制器还连接有声光报警模块，当主控制器判断待测弹黃不合格时，主控 制器驱动声光报警模块发出预警信号。
[0016] 一种基于机器视觉的弹黃尺寸在线测量系统的测量方法，包括：
[0017] 步骤（1):工业相机采集弹黃图像，并将采集的弹黃图像传送至主控制器；
[0018] 步骤（2);主控制器对接收的弹黃图像进行崎变校正和减背景处理；
[0019] 步骤（3);对步骤（2)处理后的图像进行阔值分割，得到弹黃目标初始区域的二值 图；
[0020] 步骤（4);采用圆形结构元素形态学处理弹黃目标初始区域的二值图，得到包含 弹黃内外边缘的弹黃区域，作为感兴趣的待处理区域；
[0021] 步骤（5);检测感兴趣的待处理区域内的弹黃内外边缘，计算弹黃的内外径W及 黃面打磨角；
[002引步骤做；计算得到的弹黃的内外径和黃面打磨角与预设的弹黃的内外径和黃面 打磨角尺寸范围进行比较，如果弹黃的内外径和黃面打磨角均在预设的弹黃的内外径和黃 面打磨角尺寸范围内，则判断弹黃合格，传送机构继续传输弹黃；否则，主控制器控制剔除 机构剔除弹黃。
[0023] 所述步骤（4)中的圆形结构元素的半径为15个像素，为了保证避免形变和噪声干 扰影响感兴趣处理区域。
[0024] 所述步骤妨中检测感兴趣的待处理区域内的弹黃内外边缘的过程包括：
[0025] 步骤巧.1);对感兴趣的待处理区域进行高斯平滑滤波；
[0026] 步骤巧.2):对滤波后的图像进行亚像素边缘检测，得到弹黃黃面内外边缘。
[0027] 所述步骤（5. 1)中对感兴趣的待处理区域进行高斯平滑的过程为：
[002引采用5X5的高斯滤波器，对感兴趣的待处理区域I_roi进行高斯平滑滤波，得到 滤波后的图像I_sm;
[0029]
(4)
[0030] 其中，G为5X5的高斯滤波器，@表示卷积运算。
[0031] 所述步骤巧.2)中对高斯平滑后的区域进行亚像素边缘检测的过程为：
[003引步骤巧.2. 1);对滤波后的图像进行sobel算子的像素级边缘检测，得到边缘点及 其边缘方向；
[0033] 步骤巧.2. 2);在每个边缘点处，在滤波后的图像中沿着垂直于边缘方向，对边缘 点附近7个像素进行二阶多项式拟合；
[0034] 步骤巧.2. 3);对拟合曲线求一阶微分，计算绝对值极大值位置，所求得的极大值 位置为亚像素级的边缘点。
[0035] 所述步骤巧）中计算黃面打磨角的过程为：
[0036] 在感兴趣的待处理区域内，W弹黃的相对中屯、位置为极坐标原点进行极坐标转 换，并沿弹黃边缘角度方向进行投影；根据弹黃内外径的大小，统计投影值大于弹黃内外径 差值的3/4时的角度大小作为黃面打磨角。
[0037] 本发明的有益效果为；
[003引 （1)本发明解决了传统人工检测方式测量准确性低的缺陷，实现了对每根弹黃的 内径、外径、黃面打磨角的准确测量，将不合格的弹黃直接从载物台上剔除；
[0039] (2)本发明采用机器视觉和图像处理方法，满足载物台上实时检测的需求；
[0040] (3)本发明的主控制器处理得到待测弹黃的内外径和黃面打磨角尺寸参数存入存 储其中，可W对弹黃进行批量的质量分析，该发明改造了传统的生产过程中检测部分，既提 高了生产效率，减少了废品率和返工率，也使产品质量的可靠性和稳定性得到了保证。
【附图说明】
[0041] 图1为本发明的基于机器视觉的弹黃尺寸在线测量系统结构示意图；
[0042] 图2为本发明的基于机器视觉的弹黃尺寸在线测量系统的测量方法流程图；
[0043] 图3为多图平均进行估计得到的背景；
[0044] 图4为工业相机采集得到的弹黃图；
[0045] 图5为减背景后的差图像；
[0046] 图6为感兴趣的待处理区域；
[0047] 图7为待测弹黃的内边界轮廓；
[0048] 图8为待测弹黃的外边界轮廓；
[0049] 图9为环形黃面极坐标变换图；
[0化日]图10为显不测量未打磨部分对应的角度。
[0051] 其中，1、主控制器；2、载物台；3、驱动机构；4、剔除机构；5、工业相机；6、存储器； 7、声光报警模块；8、传送机构。
【具体实施方式】
[0052] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
[0化3] 如图1所示，一种基于机器视觉的弹黃尺寸在线测量系统，包括：
[0化4] 载物台2,载物台2上设有传输待测弹黃的传送机构8,传送机构8与驱动机构3 相连；载物台2上还设有剔除机构4,驱动机构3和剔除机构4分别与主控制器1相连； [0化5] 光源，其设置在待测弹黃上方，用于为待测弹黃提供照明；
[0化6] 光源控制器，其与光源相连，用于控制光源的通断和强度；
[0化7] 工业相机5,设置于待测弹黃的正上方，所述工业相机5与主控制器1相连，工业相 机5用于采集弹黃图像并传送至主控制器1进行处理，得到待测弹黃的内外径和黃面打磨 角尺寸参数，并存入存储器6中；
[005引主控制器1得到的待测弹黃的内外径和黃面打磨角尺寸参数与预设的弹黃的内 外径和黃面打磨角尺寸参数范围相比较，若待测弹黃的内外径和黃面打磨角尺寸参数均预 设的弹黃的内外径和黃面打磨角尺寸参数范围内，则判定待测弹黃合格，传送机构继续传 输弹黃；否则主控制器1控制剔除机构4剔除不合格弹黃。
[0059] 光源为LED光源。
[0060] 驱动机构3包括第一驱动电机，第一驱动电机与减速器相连，第一驱动电机与减 速器均与主控制器相连。
[0061] 剔除机构4包括推板，推板设置于载物台上，推板与第二驱动电机相连，第二驱动 电机与主控制器相连。
[0062] 主控制器1还连接有声光报警模块7,当主控制器1判断待测弹黃不合格时，主控 制器1驱动声光报警模块7发出预警信号。
[0063] 其中，传送机构8可W选择传送带或者其他形式的传送装置。
[0064] 如图2所示，一种基于机器视