基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术为了解决目前工业应用中常采用的图像背景差分技术所存在的不足，提供一种基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测装置和方法，针对电机铜排孔槽加工过程中产生的各种类型毛刺，利用改进的中值滤波方式和掩模运算获得待检测铜排标准图像，并通过形态学算法构造铜排图像边缘检测区域，最后进行特征提取，标记图像的各个区域并制作分类器，定义阈值，检出毛刺。检测装置包括CCD工业摄像机、图像采集卡、LED光源、电控平移台、精密工作台、置物台、遮光罩、手动控制仪、位置探测器和计算机。

【技术实现步骤摘要】
基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测装置和方法
本专利技术涉及一种基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测装置和方法，属于质量检测领域。
技术介绍
电机是一种依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，由转子和定子两部分组成。应用于工业环境下的大型电机的转子部位常设计成特别的槽形，然后将电机铜排裹上一层绝缘膜嵌入槽中，再将端环与铜排焊成一体，形成转子结构。为了控制电机温度，得到良好的散热，作为转子导线的铜排往往需要在中间切削一些孔洞，但同时也产生了毛刺，为电机埋下了很大的隐患。目前在工业应用中多采用图像背景差分的检测装置和方法对电机铜排进行毛刺检测，即利用图像中的局部灰度和梯度变化信息调整不同区域的平滑程度，得到背景图像并将预处理后的图像与其进行差值运算，得到缺陷图像。但算法在整幅图像上运算，并且会无差别地对孔头部位的划痕、磨损等缺陷进行检出，削弱了毛刺检测精度。另外，算法通用性较差，无法有效地对电机铜排各种类型毛刺进行高精度的检出，在对大量电机铜排图像实际检测的过程中，极易发生误检，给现场工作带来较大的麻烦。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测装置和方法，用以解决上述背景差分技术所存在的问题。一种基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测装置，包括CCD工业摄像机、图像采集卡、LED光源、电控平移台、精密工作台、置物台、遮光罩、手动控制仪、位置探测器和计算机；所述的位置探测器设置于工件待检测位置，通过产生脉冲信号触发CCD工业摄像机工作；所述的LED光源采用环形结构的低角度漫射照明，设置于CCD工业摄像机下方；CCD工业摄像机下方设置有精密工作台，将带有孔槽的铜排工件放置于精密工作台的置物台上且通过电控平移台控制置物台的速度和轨迹；图像采集卡和CCD工业摄像机通过尾线相连并与计算机通讯。所述的CCD工业摄像机垂直放置于工件待检测位置正上方，且CCD工业摄像机采用遮光罩屏蔽环境光影响，其镜头视场覆盖于精密工作台的置物台中心，能够一次对2个铜排工件孔槽进行拍摄。所述的计算机将图像采集卡采集到的铜排图像进行分析及算法运算，并通过分类器将电机铜排孔槽中的各种类型毛刺进行捡出。一种基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测方法，包括以下步骤：步骤1获得待检测铜排标准图像。步骤2构造铜排图像边缘检测区域。步骤3特征提取和毛刺缺陷判定。进一步地，所述步骤1获得待检测铜排标准图像，具体步骤如下：采集电机铜排图像并对其进行预处理，在窗口尺寸为3×3的像素区域，以点(x,y)为中心点，选取8种代表性边缘判断该点是否为边缘：设立阈值T，以中心画十字得到4个相邻像素，该点像素灰度值与相邻像素灰度值的差为D，当D＜T时，G自加1，当a＜G＜b时，则可确定该像素为边缘点，其中a,b为常数，G表示相邻像素与中心像素灰度相似的个数；若a＜G＜b，即该点为边缘点时，不进行任何变换，直接将该点像素灰度值f(x,y)输出，否则通过式1滤波后将输出：式中，Sxy表示以点(x,y)为中心，大小为3×3的窗口子图像坐标组，g(s,t)代表领域坐标的像素灰度值，表示该点经中值滤波处理后的灰度值。采用8连通方式标记图像区域并以面积为阈值找出包含最大区域的外接矩形及其参数tn，构造一幅全黑(灰度值为0)的蒙板，利用最大外接矩形参数得到中间留白区域(即标记矩形区域内灰度值设定为1)，将所得蒙板与铜排图像进行掩膜运算，消除铜排工件背景的影响。同上，构造一幅全白(灰度值为1)的蒙板，得到中间留黑矩形区域并与掩膜运算所得结果进行求和运算，消除铜排工件板面的影响，得到待检测铜排标准图像I_mask_white。进一步地，所述步骤2构造铜排图像边缘检测区域，具体步骤如下：首先创建高斯滤波器，对I_mask_white图像滤波；利用OTSU法进行阈值分割，w0和w1分别为前景点数和背景点数所占图像的比例，u0和u1分别为前景和背景的平均灰度值。记t为前景与背景的分割阈值，图像的总平均灰度为u＝w0×u0+w1×u1从最小灰度值到最大灰度值遍历t，当t使得式2最大时，此时的t即为最佳的分割阈值：g＝w0×(u0-u)2+w1×(u1-u)2(2)式中F(x,y)为分割出的工件图像，t为上述最佳分割阈值。对阈值分割后的图像进行形态学处理补全缺口，然后通过连通域标记图像区域并找出最大连通区域标号从而获得最大连通区域的角度θ，若θ＝0直接进入下一步，否则进行图像旋转矫正使其角度θ＝0。用结构元素S对经过矫正后的图像F(x,y)作闭运算和开运算得到模板图像X：式中·为闭运算符，为开运算符，为膨胀运算符，Θ为腐蚀运算符，结构元素S直径为8，元素全为1，为圆盘型结构。将得到的模板图像X用直径为8的结构元素S进行腐蚀得到IM图像，如式6所示：XΘS＝∩{X-s/s∈S}(6)设置一个较大直径的圆盘型结构元素腐蚀IM得到IM_erode图像，并用IM减掉IM_erode，进行图像运算，得到铜排图像边缘检测区域。进一步地，所述步骤3特征提取和毛刺缺陷判定，具体步骤如下：将步骤1中经旋转矫正后的待检测铜排标准图像I_mask_white和步骤2中得到的铜排图像边缘检测区域进行像素点位相乘，提取毛刺特征。用8连通方式标记图像的各个区域并制作分类器，定义阈值，对各种类型毛刺进行算法判定，并将分类器识别的各种类型毛刺区域用最小外接矩形框选，并在矫正后的原始图像上显示其坐标信息，存入系统，完成毛刺缺陷的检测。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：结构简单，响应速度快，能完成工业现场大数据量的实时检测：本方案基于电机铜排毛刺生长区域，利用掩膜算法，将铜排图像中的背景和工件板面覆盖，屏蔽掉不相关的非检测区域，有效提高算法的执行效率，优化图像质量和检测精度。检测精度高：本方案利用电机铜排毛刺生长的区域特性，通过构造铜排图像边缘检测区域，仅对孔槽边缘部分进行毛刺特征提取，大大提高了系统毛刺的检出精度，能够有效避免孔头部位的划痕，磨损以及噪声的干扰。针对性强，对电机铜排加工过程中出现的各种类型毛刺均具有较高的鲁棒性：本方案针对电机铜排孔槽部位产生的四种类型毛刺的尺寸和形态特征，通过对大量缺陷图像进行区域对象属性综合分析和对比制作分类器定义阈值，实现毛刺检测。附图说明图1为本专利技术一种基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测装置图。图2为本专利技术一种基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测算法流程图。图3为本专利技术方法处理的待检测铜排标准图像。图4为本专利技术方法构造的铜排图像边缘检测区域图。图5为本专利技术实施例研究对象铜排工件的四种毛刺缺陷类型图。图中：1-电控平移台，2-LED光源，3-CCD工业摄像机，4-图像采集卡，5-计算机，6-铜排工件，7-精密工作台，8-置物台，9-位置探测器，10-遮光罩，11-手动控制仪。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明：如图2，本实施例方案基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测算法包括以下步骤：步骤1获得待检测铜排标准图像。步骤2构造铜排图像边缘检测区域。步骤3特征提取和毛刺缺陷判定。所述步骤1获得待检测铜排标准图像，如图3所示，具体过程如下：参见图1，系统LED光源2采用环形低角度漫射照明，当铜排工件6于精密工作台7的置物台8上运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测装置和方法，其特征在于，包括CCD工业摄像机(3)、图像采集卡(4)、LED光源(2)、电控平移台(1)、精密工作台(7)、置物台(8)、遮光罩(10)、手动控制仪(11)、位置探测器(9)和计算机(5)；所述的位置探测器(9)设置于工件待检测位置，通过产生脉冲信号触发CCD工业摄像机(3)工作；所述的LED光源(2)采用环形结构的低角度漫射照明，设置于CCD工业摄像机(3)下方；CCD工业摄像机(3)下方设置有精密工作台(7)，将带有孔槽的铜排工件(6)放置于精密工作台(7)的置物台(8)上且通过电控平移台(1)控制置物台(8)的速度和轨迹；图像采集卡(4)和CCD工业摄像机(3)通过尾线相连并与计算机(5)通讯；CCD工业摄像机(3)垂直放置于工件待检测位置正上方，且CCD工业摄像机(3)采用遮光罩(10)屏蔽环境光影响，其镜头视场覆盖于精密工作台(7)的置物台(8)中心，能够一次对2个铜排工件(6)孔槽进行拍摄；所述的计算机(5)将图像采集卡(4)采集到的铜排图像进行分析及算法运算，并通过分类器将电机铜排孔槽中的各种类型毛刺进行捡出：包括以下步骤：步骤1获得待检测铜排标准图像；步骤2构造铜排图像边缘检测区域；步骤3特征提取和毛刺缺陷判定。...

【技术特征摘要】
1.一种基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测装置和方法，其特征在于，包括CCD工业摄像机(3)、图像采集卡(4)、LED光源(2)、电控平移台(1)、精密工作台(7)、置物台(8)、遮光罩(10)、手动控制仪(11)、位置探测器(9)和计算机(5)；所述的位置探测器(9)设置于工件待检测位置，通过产生脉冲信号触发CCD工业摄像机(3)工作；所述的LED光源(2)采用环形结构的低角度漫射照明，设置于CCD工业摄像机(3)下方；CCD工业摄像机(3)下方设置有精密工作台(7)，将带有孔槽的铜排工件(6)放置于精密工作台(7)的置物台(8)上且通过电控平移台(1)控制置物台(8)的速度和轨迹；图像采集卡(4)和CCD工业摄像机(3)通过尾线相连并与计算机(5)通讯；CCD工业摄像机(3)垂直放置于工件待检测位置正上方，且CCD工业摄像机(3)采用遮光罩(10)屏蔽环境光影响，其镜头视场覆盖于精密工作台(7)的置物台(8)中心，能够一次对2个铜排工件(6)孔槽进行拍摄；所述的计算机(5)将图像采集卡(4)采集到的铜排图像进行分析及算法运算，并通过分类器将电机铜排孔槽中的各种类型毛刺进行捡出：包括以下步骤：步骤1获得待检测铜排标准图像；步骤2构造铜排图像边缘检测区域；步骤3特征提取和毛刺缺陷判定。2.根据权利要求1所述的基于电机铜排毛刺生长区域的缺陷检测装置和方法，其特征在于，步骤1中，系统LED光源(2)采用环形低角度漫射照明，当铜排工件(6)于精密工作台(7)的置物台(8)上运动至待检测位置，位置探测器(9)响应并触发CCD工业摄像机(3)工作，采集铜排图像传输至计算机(5)中的图像处理模块对其进行预处理，并采用改进的中值滤波方式以3×3的小窗口进行滤波：设立阈值T，以中心画十字得到4个相邻像素，该点像素灰度值与相邻像素灰度值的差为D，当D＜T时，G自加1，当a＜G＜b时，则可确定该像素为边缘点；其中a,b为常数，G表示相邻像素与中心像素灰度相似的个数；若a＜G＜b，即该点为边缘点时，不进行任何变换，直接将该点像素灰度值f(x,y)输出，否则通过式1滤波后将输出：式中，Sxy表示以点(x,y)为中心，大小为3×3的窗口子图像坐标组，g(s,t)代表领域坐标的像素灰度值，表示该点经中值滤波处理后的灰度值；然后以8连通方式标记图像区域，以面积为阈值找出最大连通区域及其参数tn，构造大小与原图像一致的全黑蒙板，利用tn得到中间留白区域并将所得蒙板与铜排图像进行掩膜运算，再同上，构造与原图像一致的全白蒙板，得到中间留黑区域，将此所得蒙板与掩膜运算的结果进行像素点位求和运算，得到待检测铜排标准图像I_ma...

【专利技术属性】
技术研发人员：范剑英，刘力源，赵首博，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23