基于机器视觉的小模数齿轮检测过程中图像拼接的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的小模数齿轮检测过程中图像拼接的方法。该方法是使用二维精密运动平台实现图像的分步采集，并将二维运动平台上光栅的位置反馈信号发送给计算机，通过计算机中来修正运动过程中产生的误差，实现图像拼接。本发明专利技术解决了现有图像拼接技术中获取图像特征匹配结构的困难，提高了检测速度，具有较高的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于机器视觉的小模数齿轮检测时，进行图像拼接的方法，属于精密测试技术以及齿轮检测

技术介绍
小模数齿轮通常指模数小于1mm的齿轮，常用于精密仪器仪表中的传动装置中。而机器视觉检测，就是利用机器视觉来代替人眼做测量和判断，并将图像当作检测和传递被测目标信息的手段和载体的检测方法。将机器视觉应用到齿轮精度的检测中，可以避免人员误差，保证测量重复性，解决了传统测量存在的许多难题。随着精密制造业的飞速发展，对小模数齿轮精度的要求也越来越高，研究基于图像的非接触式机器视觉的齿轮检测装置以及齿轮几何参数评定方法具有重大的意义。在检测高精度小模数齿轮时，测量分辨率的要求较高，机器视觉受视野限制不能一次成像完成采图，需要使用分步采图以及图像拼接来完成图像的采集。而现有的图像处理技术是通过图像特征结构匹配实现图像拼接，在实际检测过程中，要保证每幅图像具有明显特征结构并准确的获取这些特征十分困难。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于机器视觉的小模数齿轮检测过程中，进行图像拼接的方法，该方法进行图像拼接时有很好的准确度以及稳定性。本专利技术的基本思想如下：设计一个固定的光源系统和机器视觉系统，搭建一个二维精密运动平台。将待检测的小模数齿轮固定在二维精密运动平台上，平台将按照逐行扫描的方式移动，完成图像的采集。运动平台配备有光栅尺，使平台的控制系统构成闭环。计算机也会和二维运动平台的控制器连接上，通过计算机就能控制平台的移动。平台在移动过程中，实际移动的位移与指令要求移动的理论位移之间存在误差，采用以下方式修正平台运动过程中的误差：平台每次移动结束时，计算机读取X，Y轴上光栅反馈的位置信号，记录当前平台的位置。将当次移动前、后得到的位置信息(x1,y1)、(x2,y2)做差，得到当次平台移动的实际距离x、y为：将平台实际位移量同指令要求的理论位移量x0、y0作比较，计算出平台移动产生的误差Δx、Δy为：设每次相机拍摄的图像大小为n×m，A、B表示平台移动前、后采集的图像，其灰度矩阵可以分别表示为：结合平台实际移动的位移来确定图像间的平移矢量，通过仿射变换将两图像的坐标转换到同一坐标系下，完成图像A、B的拼接：具体转换公式为：其中：R为尺度因子，R值取1；θ为旋转角度，旋转角度视为0；(X,Y)为图像A中的点坐标；(X',Y')为图像B中的点坐标；(ΔX,ΔY)是平台沿X轴和Y轴方向的平移量，即平移矢量。坐标转换后，在两图像的重叠区域中进行图像融合，从而完成图像拼接。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、运用机器视觉进行检测，测量时间短，同时也避免了人员误差，保证了重复性和稳定性。2、通过二维精密运动平台进行逐行扫描的方式完成图像采集，可以通过光栅反馈的位置信号来完成图像拼接，解决了现有的图像处理技术带来的选取特征结构的困难。附图说明图1(a)和图1(b)为图像横向拼接示意图；图2为实施例的装置结构示意图；图中1.手动位移台，2.相机固定架，3.相机机座，4.工业相机，5.远心镜头，6.支撑臂，7.压板，8.二维运动平台，9.五角棱镜，10.棱镜底座，11.支架，12.光管夹持器底座，13.光管夹持器，14.LED平行光管，15.基座。图3为系统上位机软件流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步说明：如图2所示，本实施例所采用的装置：工业相机4通过相机固定架2和相机机座3固定在支撑臂6上，可以拍摄放置在二维运动平台8上的齿轮图像。通过手动位移台1可以调节相机和齿轮间的物距，相机上配置的远心镜头5可以在一定物距范围内，得到放大倍率相同的图像，压板7可以固定平台上的齿轮。系统的光源是LED平行光管14，光源通过五角棱镜9的折射后可以按垂直于基座的方向照向二维运动平台8，运动平台8的中央采用镂空结构，并且装有光学玻璃，从而完成了一个固定的机器视觉、光源系统。光管夹持器底座12、光管夹持器13和棱镜底座10可以固定光源和五角棱镜，同时也可以对光路的投射方向做调整。支架11固定在基座15上，基座使用的是花岗岩材料制成，可以起到隔震作用。平台在移动过程中由于受到电机丢步，空转等因素的影响，实际移动的位移与指令要求移动的理论位移之间存在误差。为此计算机需要获得平台上光栅反馈的位置信号，通过计算机程序修正平台运动过程中的误差。具体的修正技术方案如下：平台每次移动结束时，计算机将读取X，Y轴上光栅反馈的位置信号，记录当前平台的位置。将当次移动前、后得到的位置信息(x1,y1)、(x2,y2)做差，就能得到当次平台移动的实际距离x、y为：将平台实际位移量同指令要求的理论位移量x0、y0作比较，就能计算出平台移动产生的误差Δx、Δy为：假设每次相机拍摄的图像大小为n×m，如图1(a)和图1(b)中所示为图像的横向拼接示意图，其中A、B表示平台移动前、后采集的图像。其灰度矩阵可以分别表示为：结合平台实际移动的位移来确定图像间的平移矢量，通过仿射变换将两图像的坐标转换到同一坐标系下，完成图像A、B的拼接。具体转换公式为：其中：R为尺度因子，因图像采集都是由同一个固定的高性能定焦工业相机完成的所以坐标转换中R值取1；θ为旋转角度，相机的生产工艺确保其拍摄图像中缩放和畸变可以忽略不计时，旋转角度可视为0；(X,Y)为图像A中的点坐标；(X',Y')为图像B中的点坐标；(ΔX,ΔY)是平台沿X轴和Y轴方向的平移量，即平移矢量。坐标转换后，在图像的重叠区域中进行图像融合，完成图像拼接。而平台移动方向的不同，图像的重叠区域也会不同，在图1(a)中，A、B两图的重叠区域在图像A中用灰度矩阵可以表示为：拼接后的图像用灰度矩阵可以表示为：图1(b)中A、B两图的重叠区域在图像A中用灰度矩阵可以表示为：拼接后的图像用灰度矩阵可以表示为：利用横向拼接的方法，也可以完成纵向的图像拼接。在实际测量时，工业相机连接上计算机，计算机的控制程序就能控制相机采集齿轮的图像，在接收到相机的图像信息后，通过图像处理就能获得该图像上齿轮轮廓的坐标信息。同时计算机也会和二维运动平台8的驱动控制器连接上，使计算机能够控制运动平台对齿轮进行逐行扫描。系统使用的是MPC08SP运动控制卡，向运动控制卡发送相应指令，就能读取平台相对于初始位置的编码器反馈的实际位置值。再将相邻两次运动后获取的实际位置值做差，就能计算出平台实际移动的位移量。为了节省内存资源，软件采用乒乓算法来保存平台运动的位置信号。最后将采集到的齿轮轮廓坐标信息统一在一个世界坐标系下，就能实现图像的拼接。之后上位机的软件将根据图3所示流程，对小模数齿轮的单个齿距偏差、齿距累积偏差、齿距累积总偏差、齿廓总偏差等参数进行精度评定。本实施实例中平台的X、Y轴配置有雷尼绍RGH22S光栅尺，分辨率为1um；而物理尺寸和相机的像素本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于机器视觉的小模数齿轮检测过程中图像拼接的方法，其特征在于：设计一个固定的光源系统和机器视觉系统，搭建一个二维精密运动平台；将待检测的小模数齿轮固定在二维精密运动平台上，平台将按照逐行扫描的方式移动，完成图像的采集；平台配备有光栅尺，使平台的控制系统构成闭环；平台在移动过程中，实际移动的位移与指令要求移动的理论位移之间存在误差，采用以下方式修正平台运动过程中的误差：平台每次移动结束时，计算机读取X，Y轴上光栅反馈的位置信号，记录当前平台的位置；将当次移动前、后得到的位置信息(x1,y1)、(x2,y2)做差，得到当次平台移动的实际距离x、y为：x=x2-x1y=y2-y1---(1)]]>将平台实际位移量同指令要求的理论位移量x0、y0作比较，计算出平台移动产生的误差Δx、Δy为：Δx=x-x0Δy=y-y0---(2)]]>设每次相机拍摄的图像大小为n×m，A、B表示平台移动前、后采集的图像，其灰度矩阵可以分别表示为：结合平台实际移动的位移来确定图像间的平移矢量，通过仿射变换将两图像的坐标转换到同一坐标系下，完成图像A、B的拼接：具体转换公式为：X′Y′=RcosθsinθXY+ΔXΔY---(5)]]>其中：R为尺度因子，R值取1；θ为旋转角度，旋转角度视为0；(X,Y)为图像A中的点坐标；(X',Y')为图像B中的点坐标；(ΔX,ΔY)是平台沿X轴和Y轴方向的平移量，即平移矢量；坐标转换后，在两图像的重叠区域中进行图像融合，从而完成图像拼接。...

【技术特征摘要】
1.基于机器视觉的小模数齿轮检测过程中图像拼接的方法，其特
征在于：
设计一个固定的光源系统和机器视觉系统，搭建一个二维精密运
动平台；将待检测的小模数齿轮固定在二维精密运动平台上，平台将
按照逐行扫描的方式移动，完成图像的采集；平台配备有光栅尺，使
平台的控制系统构成闭环；
平台在移动过程中，实际移动的位移与指令要求移动的理论位移
之间存在误差，采用以下方式修正平台运动过程中的误差：
平台每次移动结束时，计算机读取X，Y轴上光栅反馈的位置信
号，记录当前平台的位置；将当次移动前、后得到的位置信息(x1,y1)、
(x2,y2)做差，得到当次平台移动的实际距离x、y为：
x=x2-x1y=y2-y1---(1)]]>将平台实际位移量同指令要求的理论位移量x0、y0作比较，计算
出平台移动产生的误差Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱维斌，叶树亮，周泽恒，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33