专利名称：基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测方法，本发明还涉及基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测装置。
背景技术：
图像理解是从图像中自动提取信息的一门科学，该学科的基本技术包括图像组成模型化、图像建立和数据可视化。对于开发基于输入图像解释来做出决策的人工智能系统来说图像理解是一个重要环节(“图像理解”，计算机工程，第29卷第11期，23～24、71页，2003年7月)。
轮毂又叫轮圈，是汽车、摩托车等机动车的重要行使部件。汽车行驶过程会产生横向和纵向载荷，同时伴随驱动力矩、制动力矩等，轮毂需要承受其中相当一部分载荷。车速越快对轮毂的要求也越高，主要表现在纵横向振摆要求小，失衡量和惯性矩也要求小，刚度强度要求高，总之，动态稳定性和可靠性要高。
轮毂的结构包括轮辋，轮毂，辐条三部分，轮辋是指紧贴车胎的部分，轮毂是指套在车轴外层的部分，辐条是呈放射状由轮毂连接到轮辋的部分。轮辋，轮毂，辐条直到19世纪末20世纪初才开始通过铸造工艺合为一体。
机动车的轮毂在使用方面有一些特殊的要求，首先要质量轻，提高燃料利用率，提高加速性和制动性；其次要求散热好，高速行驶的机动车轮胎与地面摩擦、制动和加速等产生高温，如果散热不好造成热量累积，容易产生高温爆胎，制动疲软甚至失灵等，散热好则可降低刹车系统的危险，减缓轮胎的老化速度，以及减小高温爆胎和长时刹车高温失灵的几率；另外还可提高减振性，使行驶平稳性，相应提高驾驶和乘车舒适性和安全性。铝、镁合金制造的轮毂在上述各方面的性能均比钢轮毂好，因此，被越来越广泛的应用于轮毂制造业中。
确保行驶的安全性，是轮毂在制造过程中首先要考虑的问题。对于轻合金轮毂质量检测而言，任何一种方法都不能与X射线无损检测相比。由于轮毂迥异的横断面铸造结构，及复杂的几何形状，X-射线实时检测成为保证轻合金轮毂铸造质量的唯一选择。图像理解技术应用于铸造产品的内部缺陷识别有一定的难度，主要在于相对于以铸造缺陷为图像的目标而言，变化多样的铸件结构成为目标识别过程中复杂多变的图像背景，而从复杂图像背景中快速准确的提取目标的轮廓特征一直是图像处理技术领域的难题。对显示在监控屏幕上的X光轮毂图像，现有技术是通过人眼进行缺陷的识别，同时进行轮毂质量合格与否的判断。目前尚未公开过专门用于轮毂检测的图像分析系统和与检测设备硬件配合的自动控制方法和集成系统。
授权公告日为2001年8月30日的发明专利WO 01/23632 A3《自动检测试件铸造缺陷的方法》(Method for automatically detecting casting defects in a test piece)公开了一种采用序列图像跟踪和三维重建技术检测试件铸造缺陷的方法，2004年3月3日的中国发明专利CN1140797C《铸件内部缺陷自动分析识别装置及其分析识别方法》公开了一种基于小波分类技术的铸件内部缺陷自动分析识别方法及装置，上述发明均为铸造生产提供实时的在线铸件内部缺陷图像分析识别装置及分析识别方法，克服和解决了铸件质量检测技术存在检察员眼睛易疲劳、准确性差、随机性大、效率低、不可靠等的缺点和问题。但所述发明都仅仅是铸件图像的自动识别，尚未涉及包括轮毂在内的铸造产品整个检测过程的自动化。
授权公告日为2003年10月16日的发明专利WO 2003/085416 A3《车轮自动检测机构》(Machinery automatic inspection of wheels)公开了一种车轮自动检测的机构设计方法，但该发明只提供了车轮自动检测的装置，未涉及车轮自动检测过程中所依赖的基于图像理解的智能识别系统与传送机构控制系统之间的交互通信和机构动作控制方法。
发明内容
本发明的目的是针对轮毂的产品质量检测提供一种基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测方法。
本发明的另一个目的是提供实现上述方法的检测装置。
实现本发明方法的技术方案如下一种基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测方法，用PLC控制系统精确控制轮毂的移动、转动以及X光机的转动，所述PLC控制系统的参数由PC机中的轮毂铸造缺陷检测软件设定，旋转X光机拍摄轮毂的各个位置的图像，所述位置由PC机中的轮毂铸造缺陷检测软件设定，所述图像由轮毂铸造缺陷检测软件里内嵌的轮毂内部缺陷图像分析和识别程序自动识别铸造缺陷；所述轮毂内部缺陷图像分析识别程序包括下述步骤(1)从示例库中读出示例文件参数，；(2)读入在线检测产品图像，进行图像预处理，检查是否有对应的典型图例；(3)如果没有找到典型图例，则设置分区参数并设置检测参数；如果找到典型图例，则从示例库中读入相应的参数；(4)按设定参数划分图像区域，根据已有参数进行图像匹配，输出检测结果；(5)如果所检测的轮毂属于能明确判断缺陷的典型图例，则将该轮毂的图像处理参数及图像存入图例库，以扩大典型图像的样本库；(6)结束程序段；所述基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测方法可选用自动模式、半自动模式和手动模式，具体可在轮毂铸造缺陷检测软件中选择；所述自动模式的工作过程如下(a1)控制传送带，将轮毂送入X光拍摄区；(a2)检测用户是否发出任何指示，如有，则结束自动检测线程，回到PC机的主界面；如果没有，则自动执行下一步骤；(a3)自动检测轮毂是否已进入拍摄区，没有进入则返回步骤(a2)，直到轮毂进入拍摄区才执行下一步骤；(a4)读入拍摄位置和次数要求，并初始化当前位置和次数；(a5)判断当前的位置与X光机角度是否匹配，如不匹配，调整X光机角度与当前位置匹配；如已匹配好了，则执行下一步骤；(a6)判断当前拍摄次数是否已达到要求，如没有，执行步骤(a7)，如达到，执行步骤(a8)；(a7)控制传送带转动轮毂，在下一个位置继续拍摄，然后执行步骤(a9)；(a8)如拍摄次数已达到要求，则转动X光机的角度，再由传送带配合转动轮毂，使轮毂的不同位置可以被全部拍到；(a9)在X光机拍摄的同时，PC机读入图像并由轮毂铸造缺陷检测软件进行分析处理，同时检测用户有没有手动发出干预指令，如有，结束自动线程，回到PC机的主界面；(a10)轮毂铸造缺陷检测软件自动判断被检测的轮毂产品是否合格，如发现不合格，则将产品归入不合格类；(a11)判断轮毂的所有位置是否全部拍完了，如未拍完，则判断次数计算器是否达到设定值，如果达到设定值，则将位置计数器加1，次数计数器置0；如果未达到设定值，则次数计数器加1；返回步骤(a6)继续检测；如已拍摄完毕，则将产品归入合格品类，返回至步骤(a1)，进行下一个轮毂的拍摄；所述半自动模式的工作过程如下(b1)控制传送带，将轮毂送入X光拍摄区；
(b2)检测用户是否发出任何指示，如有，则结束自动检测线程，回到PC机的主界面；如果没有，则自动执行下一步骤；(b3)自动检测轮毂是否已进入拍摄区，没有进入则返回步骤(b2)，直到轮毂进入拍摄区才执行下一步骤；(b4)读入拍摄位置和次数要求，并初始化当前位置和次数；(b5)判断当前的位置与X光机角度是否匹配，如不匹配，调整X光机角度与当前位置匹配；如已匹配好了，则执行下一步骤；(b6)判断当前拍摄次数是否已达到要求，如没有，执行步骤(b7)，如达到，执行步骤(b8)；(b7)控制传送带转动轮毂，在下一个位置继续拍摄，然后执行步骤(b9)；(b8)如拍摄次数已达到要求，则转动X光机的角度，再由传送带配合转动轮毂，使轮毂的不同位置可以被全部拍到；(b9)在X光机拍摄的同时，PC机读入图像并由轮毂铸造缺陷检测软件进行分析处理，同时检测用户是否手动发出干预指令，如有，结束自动线程，回到PC机的主界面；(b10)如果没有检测到用户的干预指令，轮毂铸造缺陷检测软件自动判断被检测的轮毂产品是否合格，如发现不合格，将分析结果显示于主界面，这时主界面处于等待用户指示状态；(b11)用户可能给出如下4种指令——1)直接发出停止轮毂检测的指示，结束半自动检测线程，并停止程序的运行；——2)发出将产品归入合格品内的指示，将被检测产品归入合格品内；然后重复步骤(b1)至(b11)，使下一个轮毂进入半自动检测程序；——3)发出将产品归入不合格品内的指示，将被检测产品归入不合格品内；然后重复步骤(b1)至(b11)，使下一个轮毂进入半自动检测程序；——4)发出“下一幅图像”的指令，由PC机判断是否完成了全部拍摄次数，如果是，则直接等待用户指示，返回步骤(b11)；如果没有拍完轮毂的所有位置，返回步骤(b6)，直至轮毂的全部位置都已拍摄完毕，用户发出结束半自动检测线程的指令；所述手动模式的工作过程如下(c1)控制传送带，将轮毂送入X光拍摄区；(c2)设定拍摄位置和次数，初始化当前位置和次数；(c3)判断当前的位置与X光机角度是否匹配，如不匹配，调整X光机角度与当前位置匹配；如已匹配好了，则执行下一步骤；
(c4)根据屏幕显示位置和拍摄次数计数值，判断当前拍摄次数是否已达到要求，如没有，执行步骤(c5)，如达到，执行步骤(c6)；(c5)控制传送带转动轮毂，在下一个位置继续拍摄，然后执行步骤(c7)；(c6)如拍摄次数已达到要求，则转动X光机的角度，再由传送带配合转动轮毂，使轮毂的不同位置可以被全部拍到；(c7)在X光机拍摄的同时，PC机读入图像并由轮毂铸造缺陷检测软件进行分析处理，并将产品是否达到质量要求的结果显示在屏幕上；(c8)再由用户判断被检测的轮毂缺陷是否超过质量标准，如认为不合格，则由用户将产品归入不合格类；(c9)轮毂铸造缺陷检测软件继续判断轮毂的所有位置是否全部拍完了，如未拍完，则判断次数计算器是否达到设定值，如果达到设定值，则将位置计数器加1，次数计数器置0；如果未达到设定值，则次数计数器加1；返回步骤(c4)继续检测；如已拍摄完毕，则将产品显示为合格品，并由用户最终判断产品是否合格，由人工控制产品归类；程序返回至步骤(c1)，等待下一个轮毂的拍摄。
作为本发明方法的进一步优选方式，对发明中的软件进行加密设计，在不与硬件协同工作的环境中，拷贝的软件不能运行，即轮毂铸造缺陷检测软件启动时检测PC机是否与PLC控制系统硬件相连接，如果未检测到PLC控制系统硬件则关闭检测软件。
实现本发明装置的技术方案如下基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测装置，所述自动检测装置包括轮毂工件待检区、对中和工件外型数据采集区、检测区、不合格品标记区和检测工件分类区；所述自动检测装置还需配合PC机端的轮毂铸造缺陷检测软件一起使用；所述轮毂工件待检区包括一个电机、一个传送带和一个光电开关；所述对中和工件外型数据采集区包括铅房入口门、一个气缸、一条传送带、两个电机，所述电机一个用于控制铅房入口门的开闭，一个用于控制传送带；还包括两个CCD传感器，所述CCD传感器一个用于识别轮毂高度，另一个用于识别轮毂直径，还包括两个光电开关，一个用于确定轮毂已进入该区，另一个用于确定轮毂已到达铅房入口门处；所述检测区包括两个光电开关、七个电机、两条传送带、一个可旋转的X光机，所述光电开关一个用于检测起点位，另一个用于检测区的控制；所述电机分别为检测传送带左工作电机、检测传送带右工作电机、检测传送带左侧左右电机、检测传送带右侧左右电机、C型臂旋转电机、C型臂上下移动电机、起点定位传送带电机；所述传送带一个用于工件检测起点定位，另一个用于工件检测控制；
所述不合格品标记区包括铅房出口门、两个光电开关、两个电机、一条传送带，所述光电开关一个用于检测是否有工件由检测区进入不合格品标记区，另一个用于检测是否有工件由不合格品标记区进入检测工件分类区，所述电机一个用于控制标记区传送带，另一个用于铅房出口门开闭控制；所述检测工件分类区包括一条传送带、一个电机、一个光电开关；检测过程中，检测装置的各部件的控制关系如下PC机首先检测对中和工件外型数据采集区有无待检工件，如有，启动对中区传送带电机，触发对中区的两个光电开关，待检区光电开关工作，此时工件对中区传送带电机和工件待检区传送带电机停止工作；在对中区用于确定轮毂已到达铅房入口门处的光电开关触发后，气缸和铅房入口门的开闭控制电机启动，打开铅房入口门，延时20秒，待轮毂进入X光检测区后将铅房入口门关闭，然后气缸和铅房入口门开闭控制电机停止工作；在气缸启动的同时，启动对中区高度识别CCD和对中区直径识别CCD，拍摄轮毂的高度和直径，并将待检轮毂的外型特征图像信号传送给PC机进行轮毂的型号识别和匹配；如果检测到对中和工件外型数据采集区没有工件，则直接启动对中区高度识别CCD和对中区直径识别CCD，准备拍摄由工件待检区通过工件待检区传送带进入到对中和工件外型数据采集区的轮毂；此时工件待检区传送带电机和工件对中区传送带电机，以及待检区光电开关都处于工作状态，在工件由待检区进入工件外型数据采集区后，触发对中区用于确定轮毂已到达铅房入口门处的光电开关，启动气缸和铅房入口门开闭控制电机，打开铅房入口门，延时20秒，待轮毂进入X光检测区后将铅房入口门关闭，然后气缸停止工作；在气缸启动的同时，启动对中区高度识别CCD和对中区直径识别CCD，拍摄轮毂的高度和直径，并将待检轮毂的外型特征图像信号送给PC机进行轮毂的型号识别和匹配；轮毂完成了在工件外型数据采集区的各动作以后，由对中区传送带将轮毂传送至检测区；检测传送带右侧左右电机和检测传送带左侧左右电机分别做正反向启动，按照轮毂直径匹配的信息，调整左右同时夹住工件进行传送的传送带中心距离，即使左右传送带做同向定距；并启动起点定位传送带电机，触发检测起点位光电开关，对轮毂的起点进行定位，控制轮毂至X光源中心的行程；检测传送带右侧左右电机和检测传送带左侧左右电机再同时做正启动，调整传送带的中心点位置，完成后即停止；当轮毂由工件检测起点定位传送带传送至工件检测控制区传送带，检测传送带右侧左右电机和检测传送带左侧左右电机再次分别做正反启动，调整夹紧轮毂的间距，随后检测传送带右工作电机和检测传送带左工作电机同时做正启动，使检测传送带夹住轮毂运送到X光源的中心位置，按照PC机指示的拍摄要求，如果轮毂需要旋转，则检测传送带右工作电机和检测传送带左工作电机分别做正反启动，即两电机同时做反向步进，这样可以夹住轮毂旋转一个角度，旋转角度为0～360°，具体旋转角度在轮毂铸造缺陷检测软件中设定；在完成轮毂的位置变化以后，一般需要对轮毂分别进行正面和侧面的拍摄，这时PC机将发出指令，启动X光机的C型臂旋转电机调整X光机的角度，X光机的角度的旋转范围为0～60°，然后启动C型臂上下移动电机，调整X光的照射距离，在X光源的每一个照射点，都需要调整轮毂的位置，这时主要是对轮毂进行旋转，使X光可以覆盖到轮毂的每一部分，重复上述动作，即检测传送带右工作电机和检测传送带左工作电机分别做正反启动，两电机同时做反向步进，夹住轮毂旋转一个角度；轮毂拍摄过程中，由PC机运行检测算法，对轮毂进行内部缺陷的自动识别。轮毂所有需要拍摄的位置全部拍摄完以后，C型臂旋转电机和C型臂上下移动电机完成复位动作；PC机完成自动识别以后，启动铅房出口门开闭控制电机将铅房出口门打开，同时将检测传送带右工作电机和检测传送带左工作电机做正向启动，将检测完的轮毂送至铅房出口门处，触发检测区光电开关，同时启动标记区传送带电机，触发标记区光电开关，铅房出口门开闭控制电机将铅房出口门关上，停止检测传送带右工作电机和检测传送带左工作电机的工作；在不合格品标记区将不合格品进行标记，然后利用不合格工件标记区传送带将已检测的产品送至已检测工件分类区，触发标记区光电开关，通知对中和工件外型数据采集区做好下一个轮毂检测的准备；启动分类区传送带电机利用工件待检区传送带将已检测的轮毂送至产品分类处；触发分类区光电开关，通知分类区传送带电机和标记区传送带电机停止工作。
与现有技术相比，本发明具有如下技术优点(1)本发明提供了一种自动控制轮毂与X光源相对位置和拍摄次数的控制方法和控制装置，它使现有检测系统得到较高的提升，使轮毂检测实现全过程自动化；(2)本发明提供的PC机智能系统与PLC控制系统的通信方法和控制程序，还为准确全面获得轮毂各个方位、重叠部分最少的X光图像给予了技术保证。
(3)本发明提供的自动图像分析识别方法和系统，一方面可以将用户从繁重的目检中解脱出来，减轻工人的劳动强度，另一方面保证了质量检测的客观性，由计算机应用统一的检测标准和相同的算法对产品进行检测，避免了人工目测的主观性和随机性；(4)本发明提供的图像分析处理系统的另一个特点是能够使缺陷识别的准确率达到95％以上。
(5)本发明的系统和方法可以使用户利用计算机自动识别技术和远程控制的方法适当远离轮毂检测时高达160KV的强X光源，为人体的健康保障提供了一种科学的技术措施。
附图简介
图1是表示本发明系统的总体工作流程图；图2是PC机智能系统软件总流程图；图3是本发明系统传动机构的位置示意图；图4是图3的A向示意图。
图5是本发明自动检测模式下传动机构的控制流程图；图6本发明系统的自动检测流程图；图7本发明系统的手动检测流程图；图8本发明系统的半自动检测流程图。
图9是本发明轮毂内部缺陷自动分析和识别方法的流程图；具体实施方式
本发明基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测方法及装置，采用软硬件结合的方法实现，既可以检测表面缺陷，也可以检测内部缺陷。软件部分在通用计算机上用Fortran或者C语言编写而成。
下面通过附图对本发明的方法和系统进行详细介绍。在此应该说明的是附图中的形状和尺寸仅用于解释更清楚，而非用以表示严格的比例关系。
图1是本发明装置的总体工作流程图。装置中设有紧急停机按钮，接通电源后如需紧急停机，可按紧急停机按钮切断电源。正常时工作过程如下(1)接通电源，启动设备。
(2)PLC控制系统进行硬件自检，同时PC机的轮毂铸造缺陷检测软件进行初始化即参数清零和复位。如果任一处出现故障，都进行报警显示，待人工排除故障后再重新开始步骤(1)；如果未出现故障，则执行步骤(3)。
(3)检查铅屏蔽房内有无工件(即轮毂)，如果铅房内没有工件，则执行步骤(4)；如果铅房内有工件，则PLC控制系统将工件退出的门2打开，并启动传送电机将工件送至待检测区，复位后执行步骤(4)。
(4)开启X光机，PC机出现主界面显示，进入操作等待阶段，用户可选择自动、手动或半自动，软件中也可设置一个缺省的操作模式。
(5)轮毂的检测程序重复运行，直到接收到停止命令为止。
(6)退出轮毂铸造缺陷检测软件系统。
(7)切断电源。
图2是PC机轮毂铸造缺陷检测软件总流程图。在PC机上，本发明轮毂铸造缺陷检测软件工作如下(1)检测硬件是否存在，不存在即自动终止软件运行并关闭软件。这是本发明中软件的加密设计，在不与硬件协同工作的环境中，拷贝的软件不能运行。在检测到硬件存在以后，执行下一步。
(2)传送硬件自检命令并初始化软件系统。这时PC机界面等待以下各种操作休眠模式时可读入硬盘中的图像进行各种处理，改变相应的各种参数；自动等待模式时，可以调节图像参数，改变电机参数，可以控制传送带，改变X光机角度，输入输出轮毂参数等操作。
(3)按动启动按钮后，启动自动操作控制。
(4)判断是否第一次启动，如果是，打开X光机，启动传送带，将轮毂送入X光拍摄区读入总拍摄位置、总拍摄次数的参数；初始化当前位置和拍摄次数参数。判断轮毂已经进入与否，如未进入，继续等待，如已进入，判断当前位置与X光机角度是否匹配，如不匹配，调整X光机角度使之与当前位置匹配，然后进行X光拍摄。当需要拍摄的次数没有拍完，则控制传送带使轮毂换一个拍摄位置，如果已完成预定的拍摄次数，便转动X光机的角度，继续将轮毂的不同位置拍摄完毕。
(5)计算机读入图像，将图像存储在计算机的内存上，再根据已设定的图像参数，进行图像处理，识别图像中的缺陷，并判断该图缺陷是否超过质量标准，如超过，则该轮毂为不合格品。
轮毂检测的缺省状态为手动检测模式，这种检测模式中的系统参数，轮毂每一个检测位置以及缺陷是否超过标准等，均由人工判断。也可选择半自动或者自动检测模式，如选择半自动，则检测完成后记录当前相关参数，例如位置与次数参数，回到主界面等待一些手动操作的干预，例如判断缺陷是否超标，产品是否合格等。
(6)如选择自动，系统则自动判断产品合格与否，合格了则由控制系统自动将产品归入合格品类，否则归入不合格类。在一个轮毂检测完毕之后，自动检测程序对后续相同型号的轮毂无需重新设置参数，将自动重复上述各检测模式即可完成后续产品的检测。如果待检轮毂与前一个所检轮毂型号不同，则在启动手动、半自动或自动检测模式中的任一之前，重新设置检测参数，选择检测模式，在开始检测。
图3示出整体设备被分为5个区
1区为轮毂工件待检区；2区为对中和工件外型数据采集区；3区为检测区；4区为不合格品标记区；5区为已检测工件分类区。
轮毂传送控制系统将被检测轮毂按由1区至5区的顺序传送。工作过程是通过各个区内的电机带动传送带，将工件由1区最终送到5区。
以下是图3中各代码的注解。
101工件待检区传送带102待检区光电开关103工件待检区传送带电机201对中区传送带202对中区光电开关1203对中区光电开关2204对中区传送带电机205208开闭控制电机206对中区直径识别CCD207对中区高度识别CCD208铅房入口门301工件检测起点定位传送带302工件检测控制区传送带303检测起点位光电开关304检测区光电开关305检测传送带左工作电机306检测传送带右工作电机307检测传送带左侧左右电机308检测传送带右侧左右电机309C型臂旋转电机310C型臂上下移动电机311起点定位传送带电机312X光机
401不合格工件标记区传送带402标记区光电开关1403标记区光电开关2404标记区传送带电机405406开闭控制电机406铅房出口门501工件待检区传送带502分类区光电开关503分类区传送带电机图4是图3的A向示意图，用于示出C型臂的形状和电机305、306、307、307、309和310的位置。
工件具体的传送和动作控制见图5。
图5是自动检测模式下传动机构的控制流程图。图中标号前的大写字母所表示的意义如下M-电机；K-光电开关；S-CCD传感器。图中所有大写字母仅用于帮助理解，其器件由数字标号表示。
首先PC机检测对中和工件外型数据采集区2区有无待检工件，如有，启动工件对中区传送带电机204，触发对中区光电开关202和对中区光电开关203后，待检区光电开关102工作，此时工件对中区传送带电机204和工件待检区传送带电机103停止工作。在对中区光电开关203触发后，气缸209和208开闭控制电机205启动，打开铅房入口门208，延时20秒，待轮毂进入X光检测区3区后将208关闭，然后气缸209和208开闭控制电机205停止工作。在气缸209启动的同时，启动对中区高度识别CCD 207和对中区直径识别CCD206，拍摄轮毂的高度和直径，并将待检轮毂的外型特征图像信号送给PC机进行轮毂的型号识别和匹配。
如果检测到对中和工件外型数据采集区2区没有工件，则直接将对中区高度识别CCD207和对中区直径识别CCD206启动，准备拍摄由工件待检区1区通过工件待检区传送带101进入到对中和工件外型数据采集区2区的轮毂。这时工件待检区传送带电机103和工件对中区传送带电机204，以及待检区光电开关102都处于工作状态，在工件由待检区1区进入工件外型数据采集区2区后，触发对中区光电开关203，启动气缸209和208开闭控制电机205，打开铅房入口门208，延时20秒，待轮毂进入X光检测区3区后将铅房入口门208关闭，然后气缸209停止工作。在气缸209启动的同时，启动对中区高度识别CCD 207和对中区直径识别CCD206，拍摄轮毂的高度和直径，并将待检轮毂的外型特征图像信号送给PC机进行轮毂的型号识别和匹配。
轮毂完成了在工件外型数据采集区2区的各动作以后，由对中区传送带201将轮毂传送至检测区3区。检测传送带右侧左右电机308和检测传送带左侧左右电机307分别做正反向启动，按照轮毂直径匹配的信息，调整左右同时夹住工件进行传送的传送带中心距离，即使左右传送带做同向定距。并启动起点定位传送带电机311，触发检测起点位光电开关303，对轮毂的起点进行定位，控制轮毂至X光源中心的行程。检测传送带右侧左右电机308和检测传送带左侧左右电机307再同时做正启动，调整传送带的中心点位置，完成后即停止。
当轮毂由工件检测起点定位传送带301传送至工件检测控制区传送带302，检测传送带右侧左右电机308和检测传送带左侧左右电机307再次分别做正反启动，调整夹紧轮毂的间距，随后检测传送带右工作电机306和检测传送带左工作电机305同时做正启动，使检测传送带夹住轮毂运送到X光源的中心位置，按照PC机指示的拍摄要求，如果轮毂需要旋转，则检测传送带右工作电机306和检测传送带左工作电机305分别做正反启动，即两电机同时做反向步进，这样可以夹住轮毂旋转一个角度，旋转角度范围为0～360°，具体旋转角度在轮毂铸造缺陷检测软件中设定，例如30°或45°。在完成轮毂的位置变化以后，一般需要对轮毂分别进行正面和侧面的拍摄，这时PC机将发出指令，启动X光机312的C型臂旋转电机309调整X光的角度，X光机的角度的旋转范围为0～60°，例如30°，然后启动C型臂上下移动电机310，调整X光的照射距离，例如X光源离工件25cm。同样在X光源的每一个照射点，都需要调整轮毂的位置，这时主要是对轮毂进行旋转，使X光可以覆盖到轮毂的每一部分，这时，重复上述动作，即检测传送带右工作电机306和检测传送带左工作电机305分别做正反启动，两电机同时做反向步进，夹住轮毂旋转一个角度。
轮毂所有需要拍摄的位置全部拍摄完以后，PC机运行检测算法，对轮毂进行内部缺陷的自动识别，这时，C型臂旋转电机309和C型臂上下移动电机310完成复位动作。
PC机完成自动识别以后，启动406开闭控制电机405将铅房出口门406打开，同时将检测传送带右工作电机306和检测传送带左工作电机305做正向启动，将检测完的轮毂送至铅房出口门406处，触发检测区光电开关304，同时启动标记区传送带电机404，触发标记区光电开关403，406开闭控制电机405将铅房出口门406关上，停止检测传送带右工作电机306和检测传送带左工作电机305的工作。在不合格品标记区4区将不合格品进行标记，然后利用不合格工件标记区传送带401将已检测的产品送至已检测工件分类区5区，触发标记区光电开关402，通知对中和工件外型数据采集区2区做好下一个轮毂检测的准备。启动分类区传送带电机503利用工件待检区传送带501将已检测的轮毂送至产品分类处。触发分类区光电开关502，通知分类区传送带电机503和标记区传送带电机404停止工作。
图6本发明系统的自动检测流程图。如图1所示，当在PC轮毂铸造缺陷检测软件界面上选择了自动模式，整个X光轮毂检测系统则开始进入全自动检测状态。全自动检测状态的执行过程如下(a1)控制传送带，将轮毂送入X光拍摄区；(a2)检测用户是否发出任何指示，如有，则结束自动检测线程，回到PC机的主界面；如果没有，则自动执行下一步骤；(a3)自动检测轮毂是否已进入拍摄区，没有进入则返回步骤(a2)，直到轮毂进入拍摄区才执行下一步骤；(a4)读入拍摄位置和次数要求，并初始化当前位置和次数；(a5)判断当前的位置与X光机角度是否匹配，如不匹配，调整X光机角度与当前位置匹配；如已匹配好了，则执行下一步骤；(a6)判断当前拍摄次数是否已达到要求，如没有，执行步骤(a7)，如达到，执行步骤(a8)；(a7)控制传送带转动轮毂，在下一个位置继续拍摄，然后执行步骤(a9)；(a8)如拍摄次数已达到要求，则转动X光机的角度，再由传送带配合转动轮毂，使轮毂的不同位置可以被全部拍到；(a9)在X光机拍摄的同时，PC机读入图像并由轮毂铸造缺陷检测软件进行分析处理，同时检测用户有没有手动发出干预指令，如有，结束自动线程，回到PC机的主界面；(a10)轮毂铸造缺陷检测软件自动判断被检测的轮毂产品是否合格，如发现不合格，则将产品归入不合格类；(a11)判断轮毂的所有位置是否全部拍完了，如未拍完，则判断次数计算器是否达到设定值，如果达到设定值，则将位置计数器加1，次数计数器置0；如果未达到设定值，则次数计数器加1；返回步骤(a6)继续检测；如已拍摄完毕，则将产品归入合格品类，返回至步骤(a1)，进行下一个轮毂的拍摄。
图7本发明系统的手动检测流程图。当PC系统界面上选择了手动模式，整个X光轮毂检测系统则开始进入人工干预即手动检测状态。手动检测状态的执行过程如下(c1)控制传送带，将轮毂送入X光拍摄区；(c2)设定拍摄位置和次数，初始化当前位置和次数；(c3)判断当前的位置与X光机角度是否匹配，如不匹配，调整X光机角度与当前位置匹配；如已匹配好了，则执行下一步骤；(c4)根据屏幕显示位置和拍摄次数计数值，判断当前拍摄次数是否已达到要求，如没有，执行步骤(c5)，如达到，执行步骤(c6)；(c5)控制传送带转动轮毂，在下一个位置继续拍摄，然后执行步骤(c7)；(c6)如拍摄次数已达到要求，则转动X光机的角度，再由传送带配合转动轮毂，使轮毂的不同位置可以被全部拍到；(c7)在X光机拍摄的同时，PC机读入图像并由轮毂铸造缺陷检测软件进行分析处理，并将产品是否达到质量要求的结果显示在屏幕上；(c8)再由用户判断被检测的轮毂缺陷是否超过质量标准，如认为不合格，则由用户将产品归入不合格类；(c9)轮毂铸造缺陷检测软件继续判断轮毂的所有位置是否全部拍完了，如未拍完，则判断次数计算器是否达到设定值，如果达到设定值，则将位置计数器加1，次数计数器置0；如果未达到设定值，则次数计数器加1；返回步骤(c4)继续检测；如已拍摄完毕，则将产品显示为合格品，并由用户最终判断产品是否合格，由人工控制产品归类；程序返回至步骤(c1)，等待下一个轮毂的拍摄。
图8是本发明系统的半自动检测流程图。当PC系统界面上选择了半自动模式，整个X光轮毂检测系统则开始进入部分人工干预即半自动检测状态。半自动检测状态的执行过程如下(b1)控制传送带，将轮毂送入X光拍摄区；(b2)检测用户是否发出任何指示，如有，则结束自动检测线程，回到PC机的主界面；如果没有，则自动执行下一步骤；(b3)自动检测轮毂是否已进入拍摄区，没有进入则返回步骤(b2)，直到轮毂进入拍摄区才执行下一步骤；(b4)读入拍摄位置和次数要求，并初始化当前位置和次数；(b5)判断当前的位置与X光机角度是否匹配，如不匹配，调整X光机角度与当前位置匹配；如已匹配好了，则执行下一步骤；(b6)判断当前拍摄次数是否已达到要求，如没有，执行步骤(b7)，如达到，执行步骤(b8)；(b7)控制传送带转动轮毂，在下一个位置继续拍摄，然后执行步骤(b9)；(b8)如拍摄次数已达到要求，则转动X光机的角度，再由传送带配合转动轮毂，使轮毂的不同位置可以被全部拍到；
(b9)在X光机拍摄的同时，PC机读入图像并由轮毂铸造缺陷检测软件进行分析处理，同时检测用户是否手动发出干预指令，如有，结束自动线程，回到PC机的主界面；(b10)如果没有检测到用户的干预指令，轮毂铸造缺陷检测软件自动判断被检测的轮毂产品是否合格，如发现不合格，将分析结果显示于主界面，这时主界面处于等待用户指示状态；(b11)用户可能给出如下4种指令——1)直接发出停止轮毂检测的指示，结束半自动检测线程，并停止程序的运行；——2)发出将产品归入合格品内的指示，将被检测产品归入合格品内；然后重复步骤(b1)至(b11)，使下一个轮毂进入半自动检测程序；——3)发出将产品归入不合格品内的指示，将被检测产品归入不合格品内；然后重复步骤(b1)至(b11)，使下一个轮毂进入半自动检测程序；——4)发出“下一幅图像”的指令，由PC机判断是否完成了全部拍摄次数，如果是，则直接等待用户指示，返回步骤(b11)；如果没有拍完轮毂的所有位置，返回步骤(b6)，直至轮毂的全部位置都已拍摄完毕，用户发出结束半自动检测线程的指令。
图9是体现本发明轮毂内部缺陷自动分析和识别方法以及系统处理方法的流程图。由于轮毂质量检测主要依据预先存入PC机的存储器内的轮毂可能出现的各种分类缺陷图像和所建立起来的数字特征库，不用人眼分析，直接用计算机对在线获得的产品图像进行处理，以使自动分析系统可以通过相对简单的数字运算完成模式匹配与识别。程序先从示例库中读出示例文件参数，再读入在线检测产品图像，进行图像预处理，检查是否有对应的典型图例。如果找到典型图例，则从示例库中读入相应的参数，按设定参数划分图像区域，根据已有参数进行检测，输出检测结果。如果是通过与典型图例匹配检测能明确判断缺陷的图形，即是可由典型图例缺陷的特征参数，例如缺陷面积、面积周长比等，明确地判别所检产品合格与否的缺陷图形，则将其参数和图像存入图例库，以扩大典型图像的样本库。如果不是，则直接结束程序。在图例检查阶段，如果没有找到典型图例，则设置分区参数并设置检测参数。
权利要求
1.一种基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测方法，其特征在于用PLC控制系统精确控制轮毂的移动、转动以及X光机的转动，所述PLC控制系统的参数由PC机中的轮毂铸造缺陷检测软件设定，旋转X光机拍摄轮毂的各个位置的图像，所述位置由PC机中的轮毂铸造缺陷检测软件设定，所述图像由轮毂铸造缺陷检测软件里内嵌的轮毂内部缺陷图像分析和识别程序自动识别铸造缺陷；所述轮毂内部缺陷图像分析识别程序包括下述步骤(1)从示例库中读出示例文件参数；(2)读入在线检测产品图像，进行图像预处理，检查是否有对应的典型图例；(3)如果没有找到典型图例，则设置分区参数并设置检测参数；如果找到典型图例，则从示例库中读入相应的参数；(4)按设定参数划分图像区域，根据已有参数进行图像匹配，输出检测结果；(5)如果所检测的轮毂属于能明确判断缺陷的典型图例，则将该轮毂的图像处理参数及图像存入图例库，以扩大典型图像的样本库；(6)结束程序段；所述基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测方法可选用自动模式、半自动模式和手动模式，具体可在轮毂铸造缺陷检测软件中选择；所述自动模式的工作过程如下(a1)控制传送带，将轮毂送入X光拍摄区；(a2)检测用户是否发出任何指示，如有，则结束自动检测线程，回到PC机的主界面；如果没有，则自动执行下一步骤；(a3)自动检测轮毂是否已进入拍摄区，没有进入则返回步骤(a2)，直到轮毂进入拍摄区才执行下一步骤；(a4)读入拍摄位置和次数要求，并初始化当前位置和次数；(a5)判断当前的位置与X光机角度是否匹配，如不匹配，调整X光机角度与当前位置匹配；如已匹配好了，则执行下一步骤；(a6)判断当前拍摄次数是否已达到要求，如没有，执行步骤(a7)，如达到，执行步骤(a8)；(a7)控制传送带转动轮毂，在下一个位置继续拍摄，然后执行步骤(a9)；(a8)如拍摄次数已达到要求，则转动X光机的角度，再由传送带配合转动轮毂，使轮毂的不同位置可以被全部拍到；(a9)在X光机拍摄的同时，PC机读入图像并由轮毂铸造缺陷检测软件进行分析处理，同时检测用户有没有手动发出干预指令，如有，结束自动线程，回到PC机的主界面；(a10)轮毂铸造缺陷检测软件自动判断被检测的轮毂产品是否合格，如发现不合格，则将产品归入不合格类；(a11)判断轮毂的所有位置是否全部拍完了，如未拍完，则判断次数计算器是否达到设定值，如果达到设定值，则将位置计数器加1，次数计数器置0；如果未达到设定值，则次数计数器加1；返回步骤(a6)继续检测；如已拍摄完毕，则将产品归入合格品类，返回至步骤(a1)，进行下一个轮毂的拍摄；所述半自动模式的工作过程如下(b1)控制传送带，将轮毂送入X光拍摄区；(b2)检测用户是否发出任何指示，如有，则结束自动检测线程，回到PC机的主界面；如果没有，则自动执行下一步骤；(b3)自动检测轮毂是否已进入拍摄区，没有进入则返回步骤(b2)，直到轮毂进入拍摄区才执行下一步骤；(b4)读入拍摄位置和次数要求，并初始化当前位置和次数；(b5)判断当前的位置与X光机角度是否匹配，如不匹配，调整X光机角度与当前位置匹配；如已匹配好了，则执行下一步骤；(b6)判断当前拍摄次数是否已达到要求，如没有，执行步骤(b7)，如达到，执行步骤(b8)；(b7)控制传送带转动轮毂，在下一个位置继续拍摄，然后执行步骤(b9)；(b8)如拍摄次数已达到要求，则转动X光机的角度，再由传送带配合转动轮毂，使轮毂的不同位置可以被全部拍到；(b9)在X光机拍摄的同时，PC机读入图像并由轮毂铸造缺陷检测软件进行分析处理，同时检测用户是否手动发出干预指令，如有，结束自动线程，回到PC机的主界面；(b10)如果没有检测到用户的干预指令，轮毂铸造缺陷检测软件自动判断被检测的轮毂产品是否合格，如发现不合格，将分析结果显示于主界面，这时主界面处于等待用户指示状态；(b11)用户可能给出如下4种指令——1)直接发出停止轮毂检测的指示，结束半自动检测线程，并停止程序的运行；——2)发出将产品归入合格品内的指示，将被检测产品归入合格品内；然后重复步骤(b1)至(b11)，使下一个轮毂进入半自动检测程序；——3)发出将产品归入不合格品内的指示，将被检测产品归入不合格品内；然后重复步骤(b1)至(b11)，使下一个轮毂进入半自动检测程序；——4)发出“下一幅图像”的指令，由PC机判断是否完成了全部拍摄次数，如果是，则直接等待用户指示，返回步骤(b11)；如果没有拍完轮毂的所有位置，返回步骤(b6)，直至轮毂的全部位置都已拍摄完毕，用户发出结束半自动检测线程的指令；所述手动模式的工作过程如下(c1)控制传送带，将轮毂送入X光拍摄区；(c2)设定拍摄位置和次数，初始化当前位置和次数；(c3)判断当前的位置与X光机角度是否匹配，如不匹配，调整X光机角度与当前位置匹配；如已匹配好了，则执行下一步骤；(c4)根据屏幕显示位置和拍摄次数计数值，判断当前拍摄次数是否已达到要求，如没有，执行步骤(c5)，如达到，执行步骤(c6)；(c5)控制传送带转动轮毂，在下一个位置继续拍摄，然后执行步骤(c7)；(c6)如拍摄次数已达到要求，则转动X光机的角度，再由传送带配合转动轮毂，使轮毂的不同位置可以被全部拍到；(c7)在X光机拍摄的同时，PC机读入图像并由轮毂铸造缺陷检测软件进行分析处理，并将产品是否达到质量要求的结果显示在屏幕上；(c8)再由用户判断被检测的轮毂缺陷是否超过质量标准，如认为不合格，则由用户将产品归入不合格类；(c9)轮毂铸造缺陷检测软件继续判断轮毂的所有位置是否全部拍完了，如未拍完，则判断次数计算器是否达到设定值，如果达到设定值，则将位置计数器加1，次数计数器置0；如果未达到设定值，则次数计数器加1；返回步骤(c4)继续检测；如已拍摄完毕，则将产品显示为合格品，并由用户最终判断产品是否合格，由人工控制产品归类；程序返回至步骤(c1)，等待下一个轮毂的拍摄。
2.根据权利要求1所述的基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测方法，其特征在于所述轮毂铸造缺陷检测软件启动时检测PC机是否与PLC控制系统硬件相连接，如果未检测到PLC控制系统硬件则关闭检测软件。
3.一种实现权利要求1或2所述方法的基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测装置，其特征在于所述自动检测装置包括轮毂工件待检区、对中和工件外型数据采集区、检测区、不合格品标记区和检测工件分类区；所述自动检测装置还需配合PC机端的轮毂铸造缺陷检测软件一起使用；所述轮毂工件待检区包括一个电机、一条传送带和一个光电开关；所述对中和工件外型数据采集区包括铅房入口门、一个气缸、一条传送带、两个电机，所述电机一个用于控制铅房入口门的开闭，一个用于控制传送带；还包括两个CCD传感器，所述CCD传感器一个用于识别轮毂高度，另一个用于识别轮毂直径，还包括两个光电开关，一个用于确定轮毂已进入该区，另一个用于确定轮毂已到达铅房入口门处；所述检测区包括两个光电开关、七个电机、两条传送带、一个可旋转的X光机，所述光电开关一个用于检测起点位，另一个用于检测区的控制；所述电机分别为检测传送带左工作电机、检测传送带右工作电机、检测传送带左侧左右电机、检测传送带右侧左右电机、C型臂旋转电机、C型臂上下移动电机、起点定位传送带电机；所述传送带一个用于工件检测起点定位，另一个用于工件检测控制；所述不合格品标记区包括铅房出口门、两个光电开关、两个电机、一条传送带，所述光电开关一个用于检测是否有工件由检测区进入不合格品标记区，另一个用于检测是否有工件由不合格品标记区进入检测工件分类区，所述电机一个用于控制标记区传送带，另一个用于铅房出口门开闭控制；所述检测工件分类区包括一条传送带、一个电机、一个光电开关；检测过程中，检测装置的各部件的控制关系如下PC机首先检测对中和工件外型数据采集区有无待检工件，如有，启动对中区传送带电机，触发对中区的两个光电开关，待检区光电开关工作，此时工件对中区传送带电机和工件待检区传送带电机停止工作；在对中区用于确定轮毂已到达铅房入口门处的光电开关触发后，气缸和铅房入口门的开闭控制电机启动，打开铅房入口门，延时20秒，待轮毂进入X光检测区后将铅房入口门关闭，然后气缸和铅房入口门开闭控制电机停止工作；在气缸启动的同时，启动对中区高度识别CCD和对中区直径识别CCD，拍摄轮毂的高度和直径，并将待检轮毂的外型特征图像信号传送给PC机进行轮毂的型号识别和匹配；如果检测到对中和工件外型数据采集区没有工件，则直接启动对中区高度识别CCD和对中区直径识别CCD，准备拍摄由工件待检区通过工件待检区传送带进入到对中和工件外型数据采集区的轮毂；此时工件待检区传送带电机和工件对中区传送带电机，以及待检区光电开关都处于工作状态，在工件由待检区进入工件外型数据采集区后，触发对中区用于确定轮毂已到达铅房入口门处的光电开关，启动气缸和铅房入口门开闭控制电机，打开铅房入口门，延时20秒，待轮毂进入X光检测区后将铅房入口门关闭，然后气缸停止工作；在气缸启动的同时，启动对中区高度识别CCD和对中区直径识别CCD，拍摄轮毂的高度和直径，并将待检轮毂的外型特征图像信号送给PC机进行轮毂的型号识别和匹配；轮毂完成了在工件外型数据采集区的各动作以后，由对中区传送带将轮毂传送至检测区；检测传送带右侧左右电机和检测传送带左侧左右电机分别做正反向启动，按照轮毂直径匹配的信息，调整左右同时夹住工件进行传送的传送带中心距离，即使左右传送带做同向定距；并启动起点定位传送带电机，触发检测起点位光电开关，对轮毂的起点进行定位，控制轮毂至X光源中心的行程；检测传送带右侧左右电机和检测传送带左侧左右电机再同时做正启动，调整传送带的中心点位置，完成后即停止；当轮毂由工件检测起点定位传送带传送至工件检测控制区传送带，检测传送带右侧左右电机和检测传送带左侧左右电机再次分别做正反启动，调整夹紧轮毂的间距，随后检测传送带右工作电机和检测传送带左工作电机同时做正启动，使检测传送带夹住轮毂运送到X光源的中心位置，按照PC机指示的拍摄要求，如果轮毂需要旋转，则检测传送带右工作电机和检测传送带左工作电机分别做正反启动，即两电机同时做反向步进，这样可以夹住轮毂旋转一个角度，旋转角度为0～360°，具体旋转角度在轮毂铸造缺陷检测软件中设定；在完成轮毂的位置变化以后，一般需要对轮毂分别进行正面和侧面的拍摄，这时PC机将发出指令，启动X光机的C型臂旋转电机调整X光机的角度，X光机的角度的旋转范围为0～60°，然后启动C型臂上下移动电机，调整X光的照射距离，在X光源的每一个照射点，都需要调整轮毂的位置，这时主要是对轮毂进行旋转，使X光可以覆盖到轮毂的每一部分，重复上述动作，即检测传送带右工作电机和检测传送带左工作电机分别做正反启动，两电机同时做反向步进，夹住轮毂旋转一个角度；轮毂拍摄过程中，由PC机运行检测算法，对轮毂进行内部缺陷的自动识别，轮毂所有需要拍摄的位置全部拍摄完以后，C型臂旋转电机和C型臂上下移动电机完成复位动作；PC机完成自动识别以后，启动铅房出口门开闭控制电机将铅房出口门打开，同时将检测传送带右工作电机和检测传送带左工作电机做正向启动，将检测完的轮毂送至铅房出口门处，触发检测区光电开关，同时启动标记区传送带电机，触发标记区光电开关，铅房出口门开闭控制电机将铅房出口门关上，停止检测传送带右工作电机和检测传送带左工作电机的工作；在不合格品标记区将不合格品进行标记，然后利用不合格工件标记区传送带将已检测的产品送至已检测工件分类区，触发标记区光电开关，通知对中和工件外型数据采集区做好下一个轮毂检测的准备；启动分类区传送带电机利用工件待检区传送带将已检测的轮毂送至产品分类处；触发分类区光电开关，通知分类区传送带电机和标记区传送带电机停止工作。
全文摘要
本发明公开了一种基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测方法及装置，利用PLC控制系统精确控制轮毂的移动、转动以及X光管的移动，PLC控制系统的参数由PC机中的轮毂铸造缺陷检测软件设定。X光拍摄轮毂的各个位置的图像，所述位置由PC机中的轮毂铸造缺陷检测软件设定，轮毂铸造缺陷检测软件通过检测算法自动识别轮毂中的铸造缺陷。检测方法中还可以选择手动、半自动和自动的检测程序。系统精确度高，稳定性好，大大提高了轮毂检测的自动化程度和检测标准的客观性。
文档编号G06F17/00GK101021491SQ200610132358
公开日2007年8月22日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者黄茜 申请人:华南理工大学