利用Hough直线变换检测齿轮键槽方位的方法

利用Hough直线变换检测齿轮键槽方位的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用Hough直线变换检测齿轮键槽方位的方法，用于对冷整形工艺中的齿轮键槽方位进行确定，基于DSP芯片的图像识别，利用DM642开发板作为工业现场的控制平台，利用了二次Hough直线变换，通过检测键槽直线部分和参考方向的夹角，来记录键槽的方位。本发明可有效地提高齿轮的检测效率并降低制造成本。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及齿轮冷整形【技术领域】，具体涉及一种利用Hough直线变换检测齿轮键 槽方位的方法。 利用Hough直线变换检测齿轮键槽方位的方法

【背景技术】
[0002] 齿轮冷整形前，需要齿轮键槽的方向和传送带运动的方向保持一致。而目前的工 业现场中，这个操作是由专门的操作人员通过手工操作完成，即操作人员转动齿轮使其能 够较为准确的嵌入压模键槽，然后再启动按钮完成冷整形操作。这种方法的缺点是显而易 见的：
[0003] -）工作效率低，操作人员通常需要2?3秒即可完成整个过程；
[0004] 二）增加了企业的劳动力的成本；
[0005] 三）工作的环境恶劣，危险度较高。
[0006] 因此，开发一个实时视觉检测系统具有重要意义。


【发明内容】

[0007] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够保证齿轮检测 精度的同时，提高工作效率和降低制造成本，利用Hough直线变换检测齿轮键槽方位的方 法。
[0008] 技术方案：本发明的利用Hough直线变换检测齿轮键槽方位的方法以DSP芯片做 为机器视觉的开发基础，利用Hough直线变换求解齿轮键槽的方位，具体步骤如下：
[0009] 第一步根据轴孔的轮廓的几何特征，计算出轴孔的重心；
[0010] 第二步以整个图像的中心为界，将整个图像区域分成4个子象限，并重新定义4 个子象限的正方向；
[0011] 第三步对重心所在的子象限，根据公式P = xcos( Θ )+ysin( Θ )，将直角坐标系 x-y转换为极坐标系P-θ，对子象限中的直线进行第一次Hough直线变换，式中Θ是直线 的法线与X轴的夹角，P是原点到直线的垂直距离；
[0012] 第四步将极坐标空间量化成若干单元，为每一个单元设置一个计数器，曲线经过 的某单元，该单元的计数器自增1，然后寻找计数器值最大者就是原始图像中直线的斜率， 即键槽角度位置的一个粗略值α，该点在极坐标中的坐标值就是公共交点（ Ρ(ι，Θ);
[0013] 第五步在粗略值α的基础上加减20°，进行第二次Hough直线变换，得到精确转 角。
[0014] 作为优选，所述步骤二中对目标对象分象限处理，提取核心象限具体分析。
[0015] 作为优选,所述步骤三中第一次Hough变换使用较大的量化值的P和Θ进行。
[0016] 作为优选，所述步骤五中第二次Hough变换时，使用小量化值的P和Θ进行，同 时将Θ的缩减至（α-20°，α+20° )，当α-20°〈0°时，Θ的范围在（〇°，α+20° ); 当 α+20° >90° 时，Θ 的范围在（α-20°，90° )。
[0017] 有益效果：与现有技术相比，本发明利用了二次Hough直线变换，在保证了检测的 准确度的前提下，降低了检测时间，提高了齿轮冷整形的工作效率和操作的安全度。而且对 目标对象分象限处理，提取核心象限具体分析，降低了计算的复杂程度，缩短了计算时间， 由于只对核心象限精密计算，节省了 SDRAM的空间，降低了实验设备的成本。
[0018] 除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技 术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的利用Hough直线变换检测齿轮键槽方位的方 法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优 点，将结合附图做出进一步详细的说明。

【专利附图】

【附图说明】
[0019] 图1是被测键槽齿轮原始方位图；
[0020] 图2是图像处理单元的硬件结构图；
[0021] 图3是软件系统的工作流程图；
[0022] 图4是DM642实际检测结果（IXD显示屏输出图）；
[0023] 图5是子象限划分的示意图。

【具体实施方式】
[0024] 实施例：
[0025] 在工业现场，键槽齿轮的键槽方向与传送带的方向存在一定的角度，如图1所示， 其坚直向上的方向为传送带的运动方向，键槽方向与传送带运动的方向存在一个夹角α， 该夹角就是本设计需要测量的夹角。工业现场的工作流程，大致可分为四步：
[0026] 第一步自动进给机器将齿轮放在工作台，工作台的零件检测传感器将检测到的 信号传送给DSP模块，DSP模块接收信号后，控制CCD摄像机进行数据采集，完成数据的输 入；
[0027] 第二步DSP处理分析数据，并计算键槽的角度；
[0028] 第三步DSP将计算的角度传给PLC，PLC控制转动电动机旋转；
[0029] 第四步机器人将旋转好的齿轮送进冷整形工作区进行冲压。
[0030] 其中，第二步为设计的重点，下文将作出详细说明。
[0031] 整个实验系统由四部分组成：光源，C⑶摄像头，DSP视觉处理单元和IXD显示屏。 系统的核心部分是DSP视觉处理单元，本设计选用TMS320DM642的开发板作为实验平台，图 像处理单元的硬件结构如图2所示。其中电源模块，时钟电路，复位电路构成了 DM642的最 小系统模块。视频输入模块，视频输出模块和串口通信模块是整个系统的核心部分。系统 由C⑶摄像机将视频采集，并传送给DM642进行信号的识别和处理，DM642将处理好的信号 分两路输出，路线一为视频输出模块与LCD显示屏相连，实时显示DM642的处理结果，方便 系统的调试和检测；路线二为串口通信模块，即将处理好的结果传送给PLC模块，由PLC控 制电机执行方位调整。JTAG接口，CPLD，FLASH用于烧制程序，程序由CCS软件编好后，通过 JTAG接口将代码烧录到FLASH芯片中，CPLD在该设计中用于扩展I/O。考虑成本的问题， 本设计利用的环形LED灯做光源，C⑶摄像头选用普通枪式摄像头，IXD显示屏仅做成像显 示，没有特殊要求，选取普通的LCD显示屏即可。
[0032] 本设计利用CCS (Code Composer Studio)软件开发环境编程实现二次Hough直 线转换。软件的工作流程如图3所示，首先是程序的初始化；第二步是设置图像处理区域， 即图像处理的初定位，CCD摄像头将采集到的视频作为输入传送给DM642,接收到信息后 DM642首先设置图像处理区域，设置结果如图4(a);第三步是图像的预处理，将图像设置成 灰度图；第四步是图像的阈值分割，即将灰度图像变成黑白图像。阈值分割的函数表达式， 见式1。式中X是在灰度图像任一点的像素值，阈值T需要根据具体的实验环境，多次试取 得到。图4(b)为阈值分割后的结果图。
[0033]

【权利要求】
1. 一种利用Hough直线变换检测齿轮键槽方位的方法，其特征在于包括以下步骤： 第一步根据轴孔轮廓的几何特征，计算出轴孔的重心； 第二步以整个图像的中心为界，将整个图像区域分成4个子象限，并重新定义4个子 象限的正方向； 第三步对重心所在的子象限，根据公式P =1(3〇8(0)+78;[11(9)，将直角坐标系^-7 转换为极坐标系Ρ-Θ，对子象限中的直线进行第一次Hough直线变换，式中Θ是直线的法 线与X轴的夹角，P是原点到直线的垂直距离； 第四步将极坐标空间量化成若干单元，为每一个单元设置一个计数器，曲线经过的某 单元，该单元的计数器自增1，然后寻找计数器值最大者就是原始图像中直线的斜率，即键 槽角度位置的一个粗略值α，该点在极坐标中的坐标值就是公共交点（ Ρ(ι，Θ); 第五步在粗略值α的基础上加减20°，进行第二次Hough直线变换，得到精确转角。
2. 根据权利要求1所述的利用Hough直线变换检测齿轮键槽方位的方法，其特征在于： 所述步骤二中对目标对象分象限处理，提取核心象限具体分析。
3. 根据权利要求1所述的利用Hough直线变换检测齿轮键槽方位的方法，其特征在于： 所述步骤三中第一次Hough变换使用较大的量化值的P和Θ进行。
4. 根据权利要求1所述的利用Hough直线变换检测齿轮键槽方位的方法，其特征在 于：所述步骤五中第二次Hough变换时，使用小量化值的P和Θ进行，同时将Θ的缩减至 (α-20°，α+20° )，当 α-20°〈0° 时，Θ 的范围在（〇。，α+20° );当 α+20° >90° 时，Θ的范围在（α-20°，90° )。
【文档编号】G06T7/60GK104156989SQ201410413783
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】张志胜, 戴敏, 刘熠宇, 王晨阳 申请人:东南大学