一种轮廓检测装置的制作方法

本实用新型涉及机器视觉检测技术领域，具体涉及一种轮廓检测装置。

背景技术：

随着现代制造业自动化生产的兴起，在工业的生产中，许多行业都对检查和测量方面提出了更高的要求。例如，印刷包装工序的检测、半导体芯片的封装检测、工厂生产线产品合格检测、高精密零配件的检测等。在这些应用中，多数自动化的工厂需要大批量的生产，尤其对于某些特殊的零配件、芯片、仪器等，其精确度的要求是非常高的。传统的人工检测方法已经无法满足目前的工艺需求，很大程度上限制了制造业的发展和进步。这一方面来源于传统的人工检测方法效率低下，出错率高，人工成本大；另一方面，人类眼睛的生理极限也导致人类在该方面上无法达到计算机检测技术的精度。而计算机的快速性、可靠性、精确性与人类视觉的智能化相结合，使得机器视觉在工业检测中应用的越来越广泛。

机器视觉检测技术具有智能化程度高、实时性好和精度高等优点。工件的轮廓检测便是其中一种重要应用。目前，国内外关于轮廓检测系统的研究，基本都是先将工件的轮廓分割成直线、椭圆、圆等几何基元，再分别拟合。早期，在已知断点数目的情况下，在断点区间内确定直线和圆的近似方程来分割轮廓曲线，再基于圆弧检测和主点检测将轮廓分割为直线和圆。目前的系统基本上采用自适应切向覆盖进行主点检测并在切空间上表示轮廓的多边形近似，并且应用了一种新的无参拟合线段和椭圆弧的方法，来提高线段和椭圆的检测精度。虽然这类工件轮廓检测系统的检测精度以及系统的稳定性越来越高,但是它们只能检测规则的工件轮廓。实际工件的形状多种多样，轮廓可能由不规则曲线组合而成，而目前却没有对不规则工件轮廓视觉检测系统的研究。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种轮廓检测装置，可以精确检测任意形状工件轮廓尺寸。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种轮廓检测装置，包括依次连接的用于检测工件轮廓的采集器、用于与原型工件轮廓进行匹配的匹配器以及用于进行偏差获取的偏差器和用于显示采集器、匹配器、偏差器工作过程和结果图的显示器。

进一步地，所述的采集器包括由下至上依次设置的试架台5、远心平行背光板4、载物台3、工业相机2和远心镜头1，其中，所述的试架台5上设置有垂直于试架台5的支撑杆，所述的远心平行背光板4、载物台3、工业相机2和远心镜头1分别固定在支撑杆的不同高度上并且轴心平行；所述的远心平行背光板4和远心镜头1，配合工业相机2采集放置在载物台3上的被检测工件图像。

其中，所述的载物台3的安装位置位于所述的工业相机2的景深范围内。

进一步地，所述的匹配器包括粗略匹配和精准匹配两大模块，所述的粗略匹配模块用于旋转被检测工件，对比原型工件的轮廓进行特征匹配，让被检测工件旋转直至与原型工件的轮廓基本重合；所述的精准匹配模块在粗略匹配模块输出结果的基础上，用于精准地匹配各个轮廓点，通过精细旋转最优匹配位置。

所述的匹配器，其中内部算法实现属于现有技术，粗匹配模块采用的根据轮廓形状上下问描述子的特征匹配，是工业自动检测领域的成熟算法，在论文Shape matching and object recognition using shape contexts中的第6章“Case Studies”，25-31页，介绍了运用该匹配算法的实例分析；精匹配模块内部实现细节采用了迭代最近点算法，来实现精确匹配，在这Least-squares fitting of two 3-D point sets和Object Modeling by Registration of Multiple Range Image详细阐述了精确匹配的公式推导，都属于现有技术。

进一步地，所述的偏差器，通过上述匹配器旋转后最终的位置去对比原型工件的轮廓匹配就可以得到偏差，从而输出该工件是否达到生产标准的结论。

所述的偏差器，其中内部算法实现属于现有技术，是一种公开的数学理论证明可行的领域法求偏差的算法，在论文Dagm Symposium on Pattern Recognition中，文献4中，第2章“Neighbor Search Closest Point Algorithm”，2-4页，详细介绍了偏差器使用的领域算法，公开了该算法的数学理论实现过程，第三章“Experiments and Results”，说明了利用领域法的偏差计算模块是属于现有技术并且可行的。

进一步地，所述的显示器，用于显示采集器检测到的工件轮廓、粗略匹配模块和精准匹配模块的粗略匹配结果和精确匹配结果、偏差器得到的被检测工件与原型工件的轮廓匹配误差以及工件轮廓检测装置的检测结论，采用数字或者图像的显示形式。

进一步地，所述的粗略匹配模块，取被测工件通过依次旋转10度的匹配器底座去和原型工件的轮廓匹配，一共旋转36次，记录每一次的匹配度，找到最好匹配度，并旋转被检测工件最大匹配度的位置。

进一步地，所述的精准匹配模块具体是将得到的粗匹配结果作为初始位置，通过更加精细的螺旋角度调节器，先左旋一度，然后又右旋两度，继续左旋三度，依次轮流左右递增一度旋转，随着后面的迭代，找到最终的最佳匹配点，完成被测工件与原型工件轮廓精确匹配。

进一步地，所述的偏差器最终确定了被检测工件的旋转位置之后，与原工件进行轮廓对比，计算被检测工件不处于原工件的轮廓之内的面积，作为最终误差，显示在显示器上面。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本实用新型公开的工件轮廓检测装置稳定性好，检测精度高，可以达到工业上的检测精度的标准，轮廓匹配模块采用了两层匹配器的匹配装置，避免了整个系统由于轮廓匹配模块精准性不够而影响检测模块的缺陷，有效保障了检测过程的精度；

2、本实用新型的工件轮廓检测装置突破了以往只能检测形状规则工件轮廓的技术，提出了一种对工件轮廓检测的全新方案，实现了精确检测任意形状的工件轮廓，也大幅提升了误差检测的应用范围和工件的生产效率，从而使该系统可推广至工业化应用。

附图说明

图1是本实用新型公开的工件轮廓检测装置的结构组成框图；

图2是本实用新型公开的工件轮廓检测装置的采集器示意图；

图3是本实用新型公开的工件轮廓检测装置被检测工件在显示器上面的示意图；

图4是本实用新型公开的工件轮廓检测装置粗匹配器旋转角度过程再显示器上的示意图；

图5是本实用新型公开的工件轮廓检测装置精匹配器精调角度再显示器上的示意图；

其中，1---远心镜头，2---工业相机，3---载物台，4---远心平行背光板，5---试架台。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

请参阅图1，本实施例公开的一种工件轮廓检测装置，包括依次连接的用于检测工件轮廓的采集器、用于与原型工件轮廓进行匹配的匹配器以及用于进行偏差获取的偏差器和用于显示采集器、匹配器、偏差器工作过程和结果的显示器。

在本实施例中，所述的采集器通过试架台5采用远心平行背光板4和远心镜头1，配合工业相机2来采集放在载物台3被检测工件的图像，将采集得到的图像输入该采集器，通过一系列的图像预处理工作，输出得到被检测工件的轮廓；

在本实施例中，所述的匹配器可分为粗略匹配模块和精准匹配模块两大模块，所述的粗略匹配模块用于获取被检测工件轮廓形状上下文描述子的特征，对比原型工件的轮廓进行特征匹配，去除错误匹配，让被检测工件的轮廓旋转和平移直至与原型工件的轮廓基本重合，所述的精准匹配模块在粗略匹配模块输出结果的基础上，用于精准地匹配各个轮廓点，将误差最小化，完成两个轮廓的精准匹配；

在本实施例中，所述的偏差器，通过计算点到邻近线段距离的方法，来计算被检测工件与原型工件的轮廓匹配误差，从而输出该工件是否达到生产标准的结论。

在本实施例中，所述的显示器，用于显示采集器检测到的工件轮廓、粗略匹配模块和精准匹配模块的粗略匹配结果和精确匹配结果、偏差器得到的被检测工件与原型工件的轮廓匹配误差以及工件轮廓检测装置的检测结论，采用数字或/和图像的显示形式。

请参阅图2，被检测工件的采集器具体使用远心平行背光板和远心镜头，并配合工业相机来采集图像。

请参阅图3，对获取的图像做二值化，腐蚀膨胀处理，提取ROI区域并平滑滤波，去除噪声点的影响，利用图像卷积得到轮廓边缘，再根据邻域面积的亚像素边缘提取的方法，得到被测工件轮廓边缘。

请参阅图4，匹配器中的粗略匹配模块，取被测工件通过依次旋转10度的匹配器底座去和原型工件的轮廓匹配，一共旋转36次，记录每一次的匹配度，找到最好匹配度，并旋转被检测工件最大匹配度的位置。

请参阅图5，精准匹配模块具体是将得到的粗匹配结果作为初始位置，通过更加精细的螺旋角度调节器，先左旋一度，然后又右旋两度，继续左旋三度，依次轮流左右递增一度旋转，随着后面的迭代，找到最终的最佳匹配点，完成被测工件与原型工件轮廓精确匹配。

本实施例中的偏差器，偏差器设计了最终确定了被检测工件的旋转位置之后，与原工件进行轮廓对比，计算被检测工件不处于原工件的轮廓之内的面积，作为最终误差，显示在显示器上面。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型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实用新型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，都包含在本实用新型的保护范围之内。