带倒角的端面间隙视觉测量方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了带倒角的端面间隙视觉测量方法、装置、设备及存储介质，包括视觉图像采集系统和工控机，视觉图像采集系统实时获取待测量工件A、工件B装配过程中端面图像，并通过网络传输到工控机；工件A、工件B的端面均带倒角；该方法包括：对视觉图像采集系统进行标定，并采用模板匹配技术选择工件A、工件B倒角部分区域创建模板图像；通过视觉图像采集系统采获取工件A、工件B的端面间隙图像信息，根据创建的模板图像，在测量过程中对倒角进行快速匹配得到倒角模板匹配结果，并对倒角模板匹配结果进行判定；及根据倒角模板匹配结果进行工件A、工件B的端面间隙实时检测与计算。本发明专利技术解决了待倒角的端面间隙视觉测量问题，且测量精度高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
带倒角的端面间隙视觉测量方法、装置、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及产品装配及制造
，具体涉及带倒角的端面间隙视觉测量方法、装置、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]在产品对接装配过程中，往往对两个工件端面间隙有严格要求，尤其在自动化装配过程中，端面间隙的测量精度直接影响产品的装配质量。视觉图像测量技术作为一种非接触测量的手段，具备成本低、精度高、操作简单等特点。利用光学系统超高的分辨率配合当前图像处理技术，基于计算机视觉的端面间隙测量方法在自动化、智能化的装配过程具备广泛的应用前景。
[0003]然而，现有技术中端面间隙视觉测量方法存在以下缺点：
[0004](1)当前基于图像处理的端面间隙方法利用端面与间隙的图像灰度变化确定端面与间隙的分界线，该方法只适用于两个端面不存在倒角，且工件装配过程中间隙内部不存在任何其他工件。
[0005](2)产品的装配活动是一个连续过程，两个工件位置的相对运动表现为端面间隙的动态变化。现有方法只针对当前时刻静态图像进行分析未考虑动态变化过程这一连续性。
[0006](3)在光学镜头的选择上，现有方法并未考虑利用倒角深度与镜头景深的关系。

技术实现思路

[0007]针对上述
技术介绍
中现有端面间隙视觉测量方法的至少一个缺陷，本专利技术目的在于提供带倒角的端面间隙视觉测量方法、装置、设备及存储介质，该方法针对端面存在倒角的情况，选择景深与倒角深度接近的镜头，利用图像的信息熵对间隙与倒角进行区域分割；然后分割边界的邻域内进行像素统计判定倒角和间隙的界线。
[0008]本专利技术充分考虑同一型号的不同工件倒角特征不一致，同一工件的一次装配活动倒角特征变化不大。使用模板匹配技术在测量开始阶段选择倒角部分区域作为匹配模板，在测量过程中对倒角进行快速匹配寻找倒角位置。本专利技术充分考虑产品装配过程中，间隙的变化是连续的这一特性，使用卡尔曼滤波对倒角与间隙的分界线在图像中的位置进行预测。
[0009]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种带倒角的端面间隙视觉测量方法，包括视觉图像采集系统和工控机，所述视觉图像采集系统实时获取待测量工件A、工件B装配过程中端面图像，并通过网络传输到工控机，所述主控机内的图像处理算法实时计算端面缝隙大小；其中，待测量工件A、工件B的端面均带倒角；该测量方法包括：
[0011]S1：对视觉图像采集系统(相机)进行标定，并采用模板匹配技术选择工件A、工件B倒角部分区域创建模板图像；
[0012]S2：通过视觉图像采集系统采获取工件A、工件B的端面间隙图像信息，根据创建的模板图像，在测量过程中对倒角进行快速匹配得到倒角模板匹配结果，并对所述倒角模板匹配结果进行判定；及根据所述倒角模板匹配结果进行工件A、工件B的端面间隙实时检测与计算。
[0013]进一步地，步骤S1中，采用模板匹配技术选择工件A、工件B倒角部分区域创建模板图像，包括：
[0014]通过手动选择图像上待测量工件A、工件B倒角的上半部分区域作为形状特征匹配模板；在工件装配过程中，设置低阈值的模板匹配参数，所述模板匹配参数包括旋转角度为
‑
20～+20、缩放指数为0.8～1.2倍。
[0015]进一步地，步骤S2中，对所述倒角模板匹配结果进行判定；及根据所述倒角模板匹配结果进行工件A、工件B的端面间隙实时检测与计算，具体包括：
[0016]步骤A：对所述倒角模板匹配结果进行判定，记录上倒角位置p
up
、下倒角位置p
down
，所述倒角模板匹配结果的匹配得分最小值为s，若s>90％，判定倒角位置已确定进入步骤B；若s<40％，判定倒角未找到进入步骤G；若40％≤s≤90％，判定倒角位置确定但置信度较低进入步骤I；
[0017]步骤B：以上倒角位置p
up
及下倒角位置p
down
位置为中心，选取局部邻域沿着图像垂直方向计算直方图；
[0018]步骤C：对所述直方图进行高斯滤波，并计算一价导数，得到倒角与缝隙的分界点；其中，倒数为零的点记倒角与缝隙的分界点；
[0019]步骤D：采用随机抽样一致算法RANSAC对步骤C检测的所有极值点进行直线拟合；
[0020]步骤E：对步骤D拟合的直线长度、倾斜角度进行判断：若直线长度大于设定阈值且角度小于设定阈值时，则判定检测成功，记录工件A倒角与缝隙的分界线L1位置为p
1i
，工件B倒角与缝隙的分界线L2位置为p
2i
，同时更新卡尔曼滤波器，进入步骤F；否则进入步骤K；
[0021]步骤F：计算线段L1和L2的最近距离为D1个像素，最远距离为D2个像素，则缝隙大小为(D1+D2)/2*x，其中x为单个像素的尺寸；
[0022]步骤G：选择9x9的模板图像对图像进行信息熵运算，并进行阈值分割；
[0023]步骤H：检测所述信息熵值大于设定阈值且具有一定宽度的两块矩形区域记为倒角所在区域；记录工件A倒角下边界位置E
up
，工件B倒角上边界E
down
，以E
up
、E
down
位置为中心，选取局部邻域沿着图像垂直方向计算直方图，进入步骤C；
[0024]步骤I：分别对工件A倒角与缝隙的分界线L1位置序列p1、工件B倒角与缝隙的分界线L2位置序列p2进行卡尔曼滤波，预测分界线L1位置与分界线L2位置作为预测结果；
[0025]步骤J：将步骤I中的所述预测结果与所述倒角模板匹配结果对比，若小于设定阈值说明二者检测一致，所述倒角模板匹配结果进入步骤B；否则匹配失败，进入步骤K；
[0026]步骤K：在图像窗口，通过人工划线标记工件A倒角与缝隙的分界线L1位置为p
1i
，工件B倒角与缝隙的分界线L2位置为p
2i
，同时更新卡尔曼滤波器；进入步骤F。
[0027]进一步地，步骤B、步骤H中均选取宽度为10，高度为40的局部邻域沿着图像垂直方向计算直方图。
[0028]进一步地，待测量工件A、工件B的端面均带倒角，且倒角在同侧或者异侧。
[0029]进一步地，该测量方法适用于端面存在倒角情况的两个工件端面间隙视觉测量。
[0030]进一步地，所述视觉图像采集系统包括CCD相机、远心镜头、环形光源，所述CCD相机、远心镜头、环形光源依次设于同一轴线上；且所述远心镜头的景深与倒角深度接近，选择合理景深的镜头可使倒角与间隙的界线在图像上更加清晰。
[0031]第二方面，本专利技术还提供了一种带倒角的端面间隙视觉测量装置，该装置支持所述的一种带倒角的端面间隙视觉测量方法，该测量装置包括：
[0032]标定单元，用于对视觉图像采集系统(相机)进行标定；
[0033]模板图像创建单元，用于采用模板匹配技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带倒角的端面间隙视觉测量方法，其特征在于，包括视觉图像采集系统和工控机，所述视觉图像采集系统实时获取待测量工件A、工件B装配过程中端面图像，并通过网络传输到工控机，所述主控机内的图像处理算法实时计算端面缝隙大小；其中，待测量工件A、工件B的端面均带倒角；该测量方法包括：S1：对视觉图像采集系统进行标定，并采用模板匹配技术选择工件A、工件B倒角部分区域创建模板图像；S2：通过视觉图像采集系统采获取工件A、工件B的端面间隙图像信息，根据创建的模板图像，在测量过程中对倒角进行快速匹配得到倒角模板匹配结果，并对所述倒角模板匹配结果进行判定；及根据所述倒角模板匹配结果进行工件A、工件B的端面间隙实时检测与计算。2.根据权利要求1所述的一种带倒角的端面间隙视觉测量方法，其特征在于，步骤S1中，采用模板匹配技术选择工件A、工件B倒角部分区域创建模板图像，包括：通过手动选择图像上待测量工件A、工件B倒角的上半部分区域作为形状特征匹配模板；在工件装配过程中，设置模板匹配参数，所述模板匹配参数包括旋转角度、缩放指数。3.根据权利要求1所述的一种带倒角的端面间隙视觉测量方法，其特征在于，步骤S2中，对所述倒角模板匹配结果进行判定；及根据所述倒角模板匹配结果进行工件A、工件B的端面间隙实时检测与计算，具体包括：步骤A：对所述倒角模板匹配结果进行判定，记录上倒角位置p
up
、下倒角位置p
down
，所述倒角模板匹配结果的匹配得分最小值为s，若s>90％，判定倒角位置已确定进入步骤B；若s<40％，判定倒角未找到进入步骤G；若40％≤s≤90％，判定倒角位置确定但置信度较低进入步骤I；步骤B：以上倒角位置p
up
及下倒角位置p
down
位置为中心，选取局部邻域沿着图像垂直方向计算直方图；步骤C：对所述直方图进行高斯滤波，并计算一价导数，得到倒角与缝隙的分界点；其中，倒数为零的点记倒角与缝隙的分界点；步骤D：采用随机抽样一致算法RANSAC对步骤C检测的所有极值点进行直线拟合；步骤E：对步骤D拟合的直线长度、倾斜角度进行判断：若直线长度大于设定阈值且角度小于设定阈值时，则判定检测成功，记录工件A倒角与缝隙的分界线L1位置为p
1i
，工件B倒角与缝隙的分界线L2位置为p
2i
，同时更新卡尔曼滤波器，进入步骤F；否则进入步骤K；步骤F：计算线段L1和L2的最近距离为D1个像素，最远距离为D2个像素，则缝隙大小为(D1+D2)/2*x，其中x为单个像素的尺寸；步骤G：选择模板图像对图像进行信息熵运算，并进行阈值分割；步骤H：检测所述信息熵值大于设定阈值且具有宽度的两块...

【专利技术属性】
技术研发人员：付磊，肖虹，孙鹏飞，贾玉辉，刘延龙，李芳，曹宇，于长志，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，
类型：发明
国别省市：