一种微小零件的视觉精密测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微小零件的视觉精密测量系统及方法，所述测量系统包括：图像获取装置，用于获取待测微小零件的背光图像作为输入图像并输出该输入图像，其包括依次被设置在导轨上且位置可调的相机、远心镜头、载物台和平行光源，其中的平行光源用于照射载物台上的待测微小零件，相机通过远心镜头来获取待测微小零件的背光图像作为输入图像并输出该输入图像；特征分析及参数测量装置，其与图像获取装置连接，用于接收输入图像、对输入图像进行特征分析及提取、获取和输出测量参数。能够快速、精确地实现针对诸如擒纵齿轴等微小零件的参数测量。

【技术实现步骤摘要】
一种微小零件的视觉精密测量系统及方法
本专利技术涉及微小零件检测领域，特别是涉及一种微小零件的视觉精密测量系统及方法。
技术介绍
擒纵机构是现代机械钟表的核心，最初的擒纵机构诞生于15世纪，之后逐渐进化到现在的各种样子。更具体地，擒纵机构是一种传递机械能量的开关装置，这个开关装置受计时基准的控制，以一定的频率开关钟表的主传动链，从而使机械钟表停动相间并以一定的平均速度转动，从而指示准确的时间。擒纵机构的功能可以从两方面理解：擒，将主传动的运动锁定(擒住)，此时，钟表的主传动链是锁定的；纵，就是以震荡系统的一部分势能，开启(放开)主传动链运动，同时从主传动链中取回一定的能量以维持震荡系统的工作。目前，仍有数百种擒纵机构在现代钟表上使用。擒纵齿轴作为钟表擒纵机构中的重要零件，其精密测量十分关键。传统的尺寸测量手段有卡尺、量规、万能工具显微镜、轮廓仪、X射线等，这些检测手段在工业生产中发挥着巨大的作用，但是随着现代工业的发展和进步，特别是在一些高精产业，传统的检测手段已经不能满足生产的需要，卡尺、量规等检测手段虽然简便、快捷，但测量数据较少，精度不高。万能工具显微镜、轮廓仪等检测手段虽然有较高的精度，但要求在特定的设备、特定的环境下进行检测，不但劳动强度大，效率低，而且检测过程同生产过程是分离的，这与现代工业所要求的在线检测、实时控制的要求不符。近几年，随着计算机视觉技术的发展，人们在测量擒纵齿轴这类微小零件时，开始利用所采集的这类微小零件的图像来进行参数测量，这是项新技术。这项新技术可以通过图像来解决工业检测环节中的许多问题，以取代落后的人工检测方法，提高检测效率和工业自动化水平。而且，利用计算机视觉技术进行检测还不损坏待检产品、检测精度高、且更加智能。尽管现有技术中已经存在采用计算机视觉检测技术的许多测量方法和系统，但是在测量时间、测量成本、测量精度等方面仍然需要不断的进行改进。因此，需要提供更好的技术方案。
技术实现思路
至少为了部分解决上述技术问题，本专利技术提出了以下技术方案。根据本专利技术的第一种微小零件的视觉精密测量系统，包括：图像获取装置，用于获取待测微小零件的背光图像作为输入图像并输出该输入图像，其包括依次被设置在导轨上且位置可调的相机、远心镜头、载物台和平行光源，其中的平行光源用于照射载物台上的待测微小零件，相机通过远心镜头来获取待测微小零件的背光图像作为输入图像并输出该输入图像；特征分析及参数测量装置，其与图像获取装置连接，用于接收输入图像、对输入图像进行特征分析及提取、获取和输出测量参数。根据本专利技术的第二种测量系统，其中的特征分析及参数测量装置包括：预处理模块，用于对输入图像进行边缘保持滤波并输出预处理后的图像；阈值获取模块，用于计算预处理后的图像的灰度分布直方图并基于灰度分布直方图来获取阈值并输出该阈值；二值化模块，用于根据阈值将预处理后的图像转化为二值图像并输出该二值图像；边缘检测模块，用于利用形态学运算对二值图像进行边缘检测并输出边缘检测结果；参数测量和计算模块，用于根据边缘检测结果进行测量和计算来获取和输出测量参数。根据本专利技术的第一种视觉精密测量方法，用于上文所述的第一种微小零件的测量系统，包括以下步骤：步骤1：图像获取装置获取待测微小零件的背光图像作为输入图像并输出该输入图像；步骤2：特征分析及参数测量装置接收输入图像、对输入图像进行特征分析及提取、获取和输出测量参数。根据本专利技术的第二种测量方法，用于上文所述的第二种测量系统，所述步骤2包括：子步骤1：预处理模块对输入图像进行边缘保持滤波并输出预处理后的图像；子步骤2：阈值获取模块计算预处理后的图像的灰度分布直方图并基于灰度分布直方图来获取阈值并输出该阈值；子步骤3：二值化模块根据阈值将预处理后的图像转化为二值图像并输出该二值图像；子步骤4：边缘检测模块利用形态学运算对二值图像进行边缘检测并输出边缘检测结果；子步骤5：参数测量和计算模块根据边缘检测结果进行测量和计算来获取和输出测量参数。根据本专利技术的第二种测量方法，上述步骤2还包括：子步骤4’：在子步骤4之后，对边缘检测结果进行信息拟合，并将信息拟合之后的边缘检测结果作为用于子步骤5的边缘检测结果。根据本专利技术的第二种测量方法，还包括：子步骤6：如果判断测量参数不合理，则重复步骤1至子步骤5；否则，执行子步骤7：完成擒纵齿轴的视觉测量。根据本专利技术的第二种测量方法，还包括：多次重复步骤1至子步骤4来进行边缘检测并输出边缘检测结果。本专利技术相对于现有技术的优点在于：采用了非接触式的计算机视觉测量技术，快速、精确地实现针对诸如擒纵齿轴等微小零件的参数测量。更具体地，其优点在于：1)降低了测量时间，提高了生产率。2)降低了测量成本。采用传统测量方法劳动强度大、工作效率低、人为误差较大、测量精度低，利用计算机视觉和图像处理技术，实现了微小零件参数的图像测量，降低了测量成本。3)提高了测量精度，保证了零件的顺利装配和使用过程中的稳定度。附图说明通过阅读下文具体实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出具体实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是作为示例微小零件的钟表擒纵齿轴的示意图。图2是根据本专利技术的微小零件的视觉精密测量系统中的图像获取装置的示意图。图3是根据本专利技术的微小零件的视觉精密测量系统中的特征分析及参数测量装置的方框图。图4是根据本专利技术的微小零件的视觉精密测量方法的示例流程图。图5是根据本专利技术的视觉精密测量方法中用于锁定所要测量的齿轴部分的四个细长矩形区域的示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。图1是作为示例微小零件的钟表擒纵齿轴的示意图。如图1所示的机械钟表中的擒纵齿轴仅仅是众多微小零件的一种典型的代表，仅仅用于说明的目的，将在下文中结合擒纵齿轴对本专利技术所提出的测量系统和方法进行描述。然而，本专利技术所提出的测量系统和方法不限于钟表擒纵齿轴。根据本专利技术的第一种微小零件的视觉精密测量系统，包括相互连接的图像获取装置(即，齿轴零件图像获取模块)和特征分析及参数测量装置(即，齿轴零件图像特征分析提取模块(即，特征分析模块)及齿轴参数计算模块)。下面将结合附图分别对图像获取装置和特征分析及参数测量装置分别进行详细描述。图2是根据本专利技术的微小零件的视觉精密测量系统中的图像获取装置的示意图。图2所示的图像获取装置用于获取待测微小零件的背光图像作为输入图像并输出，其包括依次被设置在导轨6上且位置可调的相机1、远心镜头2、载物台3和平行光源4，其中的平行光源4用于照射载物台3上的待测微小零件，相机1通过远心镜头2来获取待测微小零件(在图2中未示出)的背光图像作为输入图像并输出该输入图像。如图2所示，相机1通过相机安装板被设置在导轨6上。更具体地，1)图1中的图像获取装置中的相机1采用沿水平方向安装的方式；2)待测零件放置于微小零件载物台3(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微小零件的视觉精密测量系统，其特征在于，包括：图像获取装置，用于获取待测微小零件的背光图像作为输入图像并输出该输入图像，该图像获取装置包括依次被设置在导轨(6)上且位置可调的相机(1)、远心镜头(2)、载物台(3)和平行光源(4)，其中的平行光源(4)用于照射载物台(3)上的待测微小零件，相机(1)通过远心镜头(2)来获取待测微小零件的背光图像作为所述输入图像并输出该输入图像；特征分析及参数测量装置，其与所述图像获取装置连接，用于接收所述输入图像、对该输入图像进行特征分析及提取、获取和输出测量参数。

【技术特征摘要】
1.一种微小零件的视觉精密测量系统，其特征在于，包括：图像获取装置，用于获取待测微小零件的背光图像作为输入图像并输出该输入图像，该图像获取装置包括依次被设置在导轨(6)上且位置可调的相机(1)、远心镜头(2)、载物台(3)和平行光源(4)，其中的平行光源(4)用于照射载物台(3)上的待测微小零件，相机(1)通过远心镜头(2)来获取待测微小零件的背光图像作为所述输入图像并输出该输入图像；特征分析及参数测量装置，其与所述图像获取装置连接，用于接收所述输入图像、对该输入图像进行特征分析及提取、获取和输出测量参数。2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述特征分析及参数测量装置包括：预处理模块(31)，用于对所述输入图像进行边缘保持滤波并输出预处理后的图像；阈值获取模块(32)，用于计算所述预处理后的图像的灰度分布直方图并基于该灰度分布直方图来获取阈值并输出该阈值；二值化模块(33)，用于根据所述阈值将所述预处理后的图像转化为二值图像并输出该二值图像；边缘检测模块(34)，用于利用形态学运算对所述二值图像进行边缘检测并输出边缘检测结果；参数测量和计算模块(35)，用于根据所述边缘检测结果进行测量和计算来获取和输出所述测量参数。3.一种微小零件的视觉精密测量方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的测量系统实现，该方法包括以下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张从鹏，侯波，马岩，曹文政，李小龙，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11