基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置及检测方法，包括面阵CCD图像传感器、置物平台、图像采集卡和计算机；面阵CCD图像传感器包括CCD摄像机、手动光圈定焦镜头、防外乱光滤波片、遮光罩和LED背光光源；手动光圈定焦镜头上方安装有CCD摄像机，手动光圈定焦镜头上安装防外乱光滤波片，防外乱光滤波片下方设置有遮光罩，遮光罩下方设置有LED背光光源；面阵CCD图像传感器正下方设置有置物平台，将带有螺纹的待检测紧固件平放于面阵CCD图像传感器正下方的置物平台的中心位置上，且被遮光罩所遮挡，CCD摄像机和图像采集卡通过尾线连接，图像采集卡安装于计算机内。可以减少图像处理时间，提高了检测效率。

Thread defect detection device and detection method based on CCD image processing technology

The invention discloses a threaded defect detection device and a detection method based on the image processing technology of a CCD camera, including a plane array CCD image sensor, a placement platform, an image acquisition card and a computer; a plane array CCD image sensor includes a CCD camera, a manual aperture focusing lens, an anti-random light filter, a shade and an LED backlight source. A CCD camera is installed above the manual diaphragm focusing lens, an anti-random light filter is installed on the manual diaphragm focusing lens, a light shield is arranged below the anti-random light filter, and an LED backlight source is arranged below the shade; a fixed object platform is arranged below the area array CCD image sensor, and a fastener to be detected with a screw thread is arranged. The CCD camera and the image acquisition card are connected by the tail line, and the image acquisition card is installed in the computer. It can reduce the image processing time and improve the detection efficiency.

【技术实现步骤摘要】
基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置及检测方法
本专利技术属于螺纹检测
，具体涉及一种基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置及其检测方法。
技术介绍
紧固件作为一种常用机械零件，广泛应用于机械、汽车、飞机等制造行业。紧固件螺纹缺陷会直接影响其性能，导致各种安全隐患，必须在投入应用之前剔除存在缺陷的个体，避免造成无法预料的后果。目前国内对于紧固件螺纹检测还停留在人工目视检测阶段，不仅效率低下，而且极易出现误检和漏检。随着制造产业向着高速度、大批量、自动化模式转变，传统紧固件螺纹检测技术已经无法满足现代工业生产需求，迫切需要研发一种高效、低成本的紧固件螺纹检测技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有紧固件螺纹检测技术的上述不足，提出一种基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置及其检测方法，用于紧固件螺纹缺陷的检测，以提高检测效率。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置，包括面阵CCD图像传感器、置物平台、图像采集卡和计算机；所述的面阵CCD图像传感器包括CCD摄像机、手动光圈定焦镜头、防外乱光滤波片、遮光罩和LED背光光源；所述的手动光圈定焦镜头上方安装有CCD摄像机，手动光圈定焦镜头上安装防外乱光滤波片，防外乱光滤波片下方设置有遮光罩，遮光罩下方设置有LED背光光源；面阵CCD图像传感器正下方设置有置物平台，将带有螺纹的待检测紧固件平放于面阵CCD图像传感器正下方的置物平台的中心位置上，且被遮光罩所遮挡，CCD摄像机和图像采集卡通过尾线连接，图像采集卡安装于计算机内。所述的手动光圈定焦镜头成像规格和CCD摄像机靶面规格相一致。所述的CCD摄像机垂直放置于手动光圈定焦镜头正上方，且CCD摄像机镜头视场覆盖在置物平台上的待检测紧固件上。所述的CCD摄像机为面阵CCD摄像机(MTV-1881EX-3)，所述的计算机对图像采集卡采集到的图像进行图像分析及相关的算法运算，检测紧固件螺像机纹的缺陷。所述的待检测紧固件为普通螺纹、锯齿螺纹、管螺纹、和梯形螺纹。一种基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测方法，包括以下步骤：步骤一、图像采集阶段，先确保各种连线正常，然后将待检测紧固件(10)放置于置物平台(7)的中心位置，保证该待检测紧固件处于LED背光光源(5)中心区域正下方，使其所受光照均匀，亮度合适，同时保证待检测紧固件(10)处于面阵CCD图像传感器(6)光轴中心，LED背光光源(5)将光线投射到待检测紧固件(10)上，打开CCD摄像机用采集软件进行采集，图像采集卡(8)通过面阵CCD图像传感器(6)采集一幅待检测紧固件(10)的原始轮廓图像，并传输给计算机(9)；步骤二、图像分析和设计算法阶段，计算机(9)对图像采集卡(8)采集到的原始轮廓图像采用包含计算牙型角点过程的精确测量方式进行紧固件螺纹缺陷的检测。步骤二中精确测量方式的螺纹缺陷检测包括以下步骤：步骤一、区域切割；将通过图像采集卡(8)采集到的待检测紧固件(10)的螺纹灰度原始轮廓图像显示在计算机的屏幕上并切割出来；步骤二、平滑滤波；对切割出的螺纹灰度图像进行中值滤波；步骤三、阈值分割；对中值滤波后的螺纹灰度图像利用双峰法进行阈值分割，获得二值化的螺纹灰度图像；步骤四、边缘检测；利用Canny检测算子对二值化的螺纹灰度图像进行边缘提取；步骤五：系统标定；读取待检测紧固件(10)在CCD摄像机靶面上成像的像素尺寸，再用万能工具显微镜测出其实际尺寸，将实际尺寸与CCD摄像机靶面上成像的对应像素尺寸进行比较，连续多次进行相同标定实验，取其平均值，可以得出图像坐标系中行方向的像素比例因子是每像素0.0461毫米，列方向的像素比例因子为每像素0.0490毫米；步骤六、螺纹牙型角测量；提取标定且经过步骤四数字图像处理后的待测紧固件(10)的螺纹灰度图像的轮廓曲线，对提取的螺纹灰度图像的轮廓曲线上的多组不同的螺纹牙型进行牙型角的角点粗定位和精定位，统计牙型角点坐标进行直线拟合，并实现图像旋转，根据螺纹几何参数定义，利用Hough变换或最小二乘法对螺纹牙型角进行测量，并根据标定后的行方向的像素比例因子和列方向的像素比例因子计算出牙型角的实际度数A，B，C，D；步骤七、缺陷判别；经过步骤六测得的螺纹牙型角A，B，C，D作为特征参数，求出各类的隶属度函数值，确定一个阈值V与计算出的隶属度函数μ1，μ2，μ3，μ4最大隶属函数值X做比较，判别是否超过经实际需求而定的阈值V，若超过则判定螺纹无缺陷，否则即为螺纹有缺陷。所述的步骤六中牙型角的角点粗定位和精定位的具体的步骤为：将步骤四中进行边缘提取后的螺纹灰度图像所采用的牙型角点算法设计在Matlab编程中扫描得到螺纹上边缘的内外角点粗定位坐标(x,y)和精定位坐标(x’,y’),x是列方向粗定位坐标，y是行方向粗定位坐标，x’是列方向精定位坐标，y’是行方向精定位坐标。步骤七中的缺陷判别具体为，将螺纹图像抽象成四边形，并将其中一个角D角当作180度，A、B、C、D四个角分别代表四边形的四个顶角，并作为螺纹的特征参数加以抽取，用μ1，μ2，μ3，μ4分别代表普通螺纹、锯齿螺纹、管螺纹、梯形螺纹，其中普通螺纹、锯齿螺纹、管螺纹、梯形螺纹的隶属度函数为：μ1＝[1-max(|A-B|，|B-C|,|C-A|,|D-180|)/180]24μ2＝[1-max(|A-60|,|B-87|,|C-33|,|D-180|)/180]24μ3＝[1-max(|A-B|,|C-55|,|D-180|)/180]24μ4＝[1-max(|A+C-180|+||C-A|-30|,|B+D-180|+||B-D|-30|)/210]29式中A、B、C、D分别为四个顶角的特征参数。求出各类的隶属度函数值，根据实际需求，由两两相交的隶属函数的上界为式中：i＝I，2，3,4；j＝1,2,3,4,可得M＝0.72,当V>M时，被测对象就可以进行确切的分类。将计算的μ1，μ2，μ3，μ4的最大值即X与V相比较，若X大于或等于V则螺纹合格，反之螺纹不合格存在缺陷或磨损。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：1、采用面阵CCD摄像机采集螺纹图像可以一次获取整幅图像的信息，这种黑白低照度高解析的CCD摄像机采集到的螺纹的基本图像透过采集软件显示出的是灰度图像，可以减少图像处理时间，实现视觉传感器的简单化，实用化。2、面阵CCD图像传感器采用的照明系统是LED背向光源，由于螺纹表面凹凸不平对光线的反射能力不同，采用LED背向光源照明系统可以摄取到高质量、高对比度的图像。方便后续的标定匹配等工作，从而使得整个检测过程既可进行精确测量方式的螺纹缺陷检测，也可实现识别方式的螺纹缺陷检测。3、整个检测装置结构简单，易于加工制造，成本较低，能实现非接触式自动检测同时检测效率高。附图说明图1是本专利技术提供的基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置的结构示意图；图2是本专利技术提供的基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测方法中快速定位螺纹边缘上牙型角点的位置算法的流程图。图3是本专利技术提供的基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测方法中采用最大隶属度原则判别螺纹缺陷的流程图。图中，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置，其特征在于，包括面阵CCD图像传感器(6)、置物平台(7)、图像采集卡(8)和计算机(9)；所述的面阵CCD图像传感器(6)包括CCD摄像机(1)、手动光圈定焦镜头(2)、防外乱光滤波片(3)、遮光罩(4)和LED背光光源(5)；所述的手动光圈定焦镜头(2)上方安装有CCD摄像机(1)，手动光圈定焦镜头(2)上安装防外乱光滤波片(3)，防外乱光滤波片(3)下方设置有遮光罩(4)，遮光罩(4)下方设置有LED背光光源(5)；面阵CCD图像传感器(6)正下方设置有置物平台(7)，将带有螺纹的待检测紧固件平放于面阵CCD图像传感器(6)正下方的置物平台(7)的中心位置上，且被遮光罩(4)所遮挡，CCD摄像机(1)和图像采集卡(8)通过尾线连接，图像采集卡(8)安装于计算机(9)内。

【技术特征摘要】
1.一种基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置，其特征在于，包括面阵CCD图像传感器(6)、置物平台(7)、图像采集卡(8)和计算机(9)；所述的面阵CCD图像传感器(6)包括CCD摄像机(1)、手动光圈定焦镜头(2)、防外乱光滤波片(3)、遮光罩(4)和LED背光光源(5)；所述的手动光圈定焦镜头(2)上方安装有CCD摄像机(1)，手动光圈定焦镜头(2)上安装防外乱光滤波片(3)，防外乱光滤波片(3)下方设置有遮光罩(4)，遮光罩(4)下方设置有LED背光光源(5)；面阵CCD图像传感器(6)正下方设置有置物平台(7)，将带有螺纹的待检测紧固件平放于面阵CCD图像传感器(6)正下方的置物平台(7)的中心位置上，且被遮光罩(4)所遮挡，CCD摄像机(1)和图像采集卡(8)通过尾线连接，图像采集卡(8)安装于计算机(9)内。2.根据权利要求1所述的基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置，其特征在于，所述的手动光圈定焦镜头(2)成像规格和CCD摄像机(1)靶面规格相一致。3.根据权利要求1所述的基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置，其特征在于，所述的CCD摄像机(1)垂直放置于手动光圈定焦镜头(2)正上方，且CCD摄像机镜头视场覆盖在置物平台(7)上的待检测紧固件上。4.根据权利要求1所述的基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置，其特征在于，所述的CCD摄像机(1)为面阵CCD摄像机(MTV-1881EX-3)，所述的计算机(9)对图像采集卡(8)采集到的图像进行图像分析及相关的算法运算，检测紧固件螺像机纹的缺陷。5.根据权利要求1所述的基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置，其特征在于，所述的待检测紧固件为普通螺纹、锯齿螺纹、管螺纹、和梯形螺纹。6.一种基于权利要求1-5任一项所述的基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、图像采集阶段，先确保各种连线正常，然后将待检测紧固件(10)放置于置物平台(7)的中心位置，保证该待检测紧固件处于LED背光光源(5)中心区域正下方，使其所受光照均匀，亮度合适，同时保证待检测紧固件(10)处于面阵CCD图像传感器(6)光轴中心，LED背光光源(5)将光线投射到待检测紧固件(10)上，打开CCD摄像机用采集软件进行采集，图像采集卡(8)通过面阵CCD图像传感器(6)采集一幅待检测紧固件(10)的原始轮廓图像，并传输给计算机(9)；步骤二、图像分析和设计算法阶段，计算机(9)对图像采集卡(8)采集到的原始轮廓图像采用包含计算牙型角点过程的精确测量方式进行紧固件螺纹缺陷的检测。7.根据权利要求6所述的基于CCD像机图像处理技术的螺纹缺陷检测方法，其特征在于，步骤二中精确测量方式的螺纹缺陷检测包括以下步骤：步骤一、区域切割；将通过图像采集卡(8)采集到的待检测紧固件(10)的螺纹灰度原始轮廓图像显示在计算机的屏幕上并切割出来；步骤二、平滑滤波；对切割出的螺纹灰度图像进行中值滤波；步骤三、阈值分割；对中值滤波后的螺纹灰度图...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凡，马荣贵，
申请(专利权)人：陕西方元预应力机械有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61