一种航空弯管截面椭圆度自动测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种航空弯管截面椭圆度自动测量方法，属于弯管截面椭圆度检测技术领域。它解决了现有人工测量椭圆度精度不稳定等问题。本发明专利技术包括以下步骤：步骤S1：夹爪抓取弯管至拍摄中心；步骤S2：工业相机拍摄目标截面图片；步骤S3：电脑算法处理拍摄图像；步骤S4：算法再次处理图像；步骤S5：计算弯管弯曲角度；步骤S6：初筛弯管弯曲起点；步骤S7：复筛弯管弯曲起点；步骤S8：确定弯管弯曲中心；步骤S9：确定弯管若干个待测弯管横截面短轴位置并测算出各个短轴长度；步骤S10：夹爪将弯管横截面长轴置于拍摄中心；步骤S11：求出弯管各横截面短轴数据；步骤S12：根据若干个弯管横截面长轴和短轴数据，计算出各横截面椭圆度；步骤S13：结束。本发明专利技术具有检测精度高等优点。本发明专利技术具有检测精度高等优点。本发明专利技术具有检测精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种航空弯管截面椭圆度自动测量方法及装置


[0001]本专利技术属于弯管截面椭圆度自动检测
，特别涉及一种航空弯管截面椭圆度自动测量方法及装置。

技术介绍

[0002]当今快速发展的航空航天业，迫切需要精确化、轻量化以及可靠性的导管管件，使得飞机、火箭等航空航天载体的减重、机动性好、长寿等目的。管路系统作为航空航天设备的“血管”，尤其是导管管件的截面畸变决定了航空航天设备的整体性能，因此改善检测管路系统的技术水平对提高导管管件性能是非常重要的。基于机器视觉的对目标物件的测量技术近年来获得了快速发展，具有非接触、数据获取快、精度高、柔性好、自动化水平高等优点，广泛应用于零件尺寸测量、自由曲面测量等领域。而目前阶段，弯管的截面椭圆度大多依靠人工测量获得，存在测量精度不稳定、效率低、无法在线测量，不能很好地匹配当下弯管成形质量要求以及生产数量日益增长的需求，因此找出一种有效的、快速的且适合生产线在线测量的航空航天导管截面椭圆度自动测量方法迫在眉睫。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种检测精度高、检测效率高且通用性强的一种航空弯管截面椭圆度自动测量方法及装置。
[0004]本专利技术的第一个目的可通过下列技术方案来实现：一种航空弯管截面椭圆度自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0005]步骤S1：机械臂的末端夹爪抓取待测弯管并转换位姿，使待测弯管移动至工业相机的拍摄视角的中心区域，调整夹爪的角度或工业相机的角度，使工业相机的光轴垂直于弯管平面；
[0006]步骤S2：工业相机拍摄带有弯管弯曲角度和弯管横截面短轴数据的图片，并回传至算法程序端；
[0007]步骤S3：算法程序端读入工业相机拍摄的所设定的分辨率的图像数据阵列，并且将图像二值化处理，处理后的图像为F(x,y)；
[0008]步骤S4：对图像使用边缘检测算法，再对图片进行弯管内、外轮廓的边缘检测，令检测出边缘后的图像为E(x,y)，并选取轮廓采集中间点；
[0009]步骤S5：寻找待测弯管前、后、内、外各四段直线轮廓，根据直线轮廓的长度分别取前外轮廓、前内轮廓、后外轮廓、后内轮廓上的多个边缘像素点坐标，对像素坐标点通过最小二乘法进行直线拟合，拟合后得到前外拟合直线和后外拟合直线、前内拟合直线和后内拟合直线，将前外拟合直线和后外拟合直线、前内拟合直线和后内拟合直线分别延伸至相交，求出前外拟合直线和后外拟合直线的夹角α1、前内拟合直线和后内拟合直线的夹角α2，取这夹角α1和夹角α2的平均值，确定为待测弯管图像识别测得的弯曲角度α；
[0010]步骤S6：将拟合后的直线与图像E(x,y)的对应段作对比，计算前外拟合直线与前
外轮廓像素点在y轴坐标间的差值，如果差值大于约定值，则初步判定该点为弯管折弯的起始点S1；如果小于约定值，则该廓像素点属于直线范畴；
[0011]步骤S7：以S1为起点，在前外轮廓上查询接下来轮廓像素点变化速率q大于拟合直线斜率的点，并标记为C1点，C1点为管件外轮廓弯曲起点，在前段内轮廓上查询接下来轮廓像素点变化速率q大于拟合直线斜率的点，并标记为C2点，C2点为管件内轮廓弯曲起点，并对比C1、C2的X轴方向像素点坐标差值d1；
[0012]当d1小于指定值时，弯管弯曲轮廓搜寻成功，执行步骤S8；
[0013]当d1大于指定值时，弯管弯曲轮廓搜寻失败，执行步骤13；
[0014]步骤S8：计算弯管截面Y轴坐标下C1与C2之间像素差值d2，并对比待测弯管对应段的外径D进行像素标定，用k来表示一个像素对应的距离数值，并根据弯管的理论弯曲半径R，从C2像素点垂直向下M个像素点确认弯曲半径中心点O
a
；
[0015]步骤S9：以C1像素点垂直向下至O
a
做一条起始线，作为开始；以与起始线顺时针夹角为α做一条终止线，作为结束；中间根据夹角α值平分出i个截面，并依次以O
a
为圆心做出直线且相交于弯管内外轮廓；每条线与内外轮廓交点的像素坐标点之间的距离，则为弯管横截面的每个角度截面上的短轴D
min,i
；
[0016]步骤S10：将夹角α值反馈给机械臂的末端夹爪，抓取待测弯管，使待测弯管的横截面长轴移至工业相机拍摄视角下，求出每个弯管横截面长轴垂直展示在相机光轴中心时机械臂位姿应移动的量，机械臂每将一个不同测量角度的弯管横截面长轴移至工业相机光轴上，工业相机拍摄图像并将图像传输到算法程序端；
[0017]步骤S11：工业相机光轴穿过每个弯管横截面，每个弯管横截面的长轴值D
max
，即为在图像纵向中心线上的左右两端轮廓距离，对该图像二值化后采集图像边缘像素数据，并选取Y轴中间坐标且X轴左边像素值最小的坐标与同X轴右边最大的坐标做差，求出像素差值，并根据k求出该横截面长轴D
max
的实际长度，以此往复求出每个待测横截面的D
max，n
；
[0018]步骤S12：选取弯管弯曲段不同测量角度的n个截面，通过弯管同一横截面的D
max
与D
min
，求出第n个该截面的椭圆度
[0019]步骤S13：结束。
[0020]在上述的航空弯管截面椭圆度自动测量方法中，步骤S3中，以图像的80灰度值为分界线，二值化处理后图像可通过公式(1.1)表示：
[0021][0022]在上述的航空弯管截面椭圆度自动测量方法中，步骤S4中，选取合适的轮廓采集中间点，轮廓采集中间点坐标值选取在内轮廓曲线上，判断轮廓采集中间点来源，于左半部分外轮廓、左半部分内轮廓、右半部分外轮廓、右半部分内轮廓：
[0023]当轮廓采集中间点来源于左半部分外轮廓、左半部分内轮廓时，在0到X0值范围内对图像进行列扫描，从图像原点开始对Y轴方向的像素值进行遍历确认E(x,y)中灰度值为255的像素点坐标，并存放入左外轮廓边缘像素点集合A(x,y)或左内轮廓边缘像素点集合中，然后X轴方向的坐标加1，再次进行Y轴方向的像素值遍历确认直至X0点；
[0024]当轮廓采集中间点来源于右半部分外轮廓、右半部分内轮廓，在Y
max
到Y0值范围内
对图像进行列扫描，从图像原点开始对X轴方向的像素值进行遍历确认E(x,y)中灰度值为255的像素点坐标，并存放入右外轮廓边缘像素点集合C(x,y)或右内轮廓边缘像素点集合D(x,y)中，然后Y方向的坐标减1，再次进行Y轴负方向的像素值遍历确认直至Y0点。
[0025]在上述的航空弯管截面椭圆度自动测量方法中，步骤S5中，拟合直线方程公式如下：
[0026][0027]式中：y
i
为图像像素Y轴方向的坐标；x
i
为图像像素X轴方向的坐标；a0与a1为直线方程的系数；
[0028]通过对轮廓边缘集E(x,y)中像素坐标的拟合，最终求出直线方程中的a0与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空弯管截面椭圆度自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：机械臂的末端夹爪抓取待测弯管并转换位姿，使待测弯管移动至工业相机的拍摄视角的中心区域，调整夹爪的角度或工业相机的角度，使工业相机的光轴垂直于弯管平面；步骤S2：工业相机拍摄带有弯管弯曲角度和弯管横截面短轴数据的图片，并回传至算法程序端；步骤S3：算法程序端读入工业相机拍摄的所设定的分辨率的图像数据阵列，并且将图像二值化处理，处理后的图像为F(x,y)；步骤S4：对图像使用边缘检测算法，再对图片进行弯管内、外轮廓的边缘检测，令检测出边缘后的图像为E(x,y)，并选取轮廓采集中间点；步骤S5：寻找待测弯管前、后、内、外各四段直线轮廓，根据直线轮廓的长度分别取前外轮廓、前内轮廓、后外轮廓、后内轮廓上的多个边缘像素点坐标，对像素坐标点通过最小二乘法进行直线拟合，拟合后得到前外拟合直线和后外拟合直线、前内拟合直线和后内拟合直线，将前外拟合直线和后外拟合直线、前内拟合直线和后内拟合直线分别延伸至相交，求出前外拟合直线和后外拟合直线的夹角α1、前内拟合直线和后内拟合直线的夹角α2，取这夹角α1和夹角α2的平均值，确定为待测弯管图像识别测得的弯曲角度α；步骤S6：将拟合后的直线与图像E(x,y)的对应段作对比，计算前外拟合直线与前外轮廓像素点在y轴坐标间的差值，如果差值大于约定值，则初步判定该点为弯管折弯的起始点S1；如果小于约定值，则该廓像素点属于直线范畴；步骤S7：以S1为起点，在前外轮廓上查询接下来轮廓像素点变化速率q大于拟合直线斜率的点，并标记为C1点，C1点为管件外轮廓弯曲起点，在前段内轮廓上查询接下来轮廓像素点变化速率q大于拟合直线斜率的点，并标记为C2点，C2点为管件内轮廓弯曲起点，并对比C1、C2的X轴方向像素点坐标差值d1；当d1小于指定值时，弯管弯曲轮廓搜寻成功，执行步骤S8；当d1大于指定值时，弯管弯曲轮廓搜寻失败，执行步骤13；步骤S8：计算弯管截面Y轴坐标下C1与C2之间像素差值d2，并对比待测弯管对应段的外径D进行像素标定，用k来表示一个像素对应的距离数值，并根据弯管的理论弯曲半径R，从C2像素点垂直向下M个像素点确认弯曲半径中心点O
a
；步骤S9：以C1像素点垂直向下至O
a
做一条起始线，作为开始；以与起始线顺时针夹角为α做一条终止线，作为结束；中间根据夹角α值平分出i个截面，并依次以O
a
为圆心做出直线且相交于弯管内外轮廓；每条线与内外轮廓交点的像素坐标点之间的距离，则为弯管横截面的每个角度截面上的短轴D
min,i
；步骤S10：将夹角α反馈给机械臂的末端夹爪，抓取待测弯管，使待测弯管的横截面长轴移至工业相机拍摄视角下，求出每个弯管横截面长轴垂直展示在相机光轴中心时机械臂位姿应移动的量，机械臂每将一个不同测量角度的弯管横截面长轴移至工业相机光轴上，工业相机拍摄图像并将图像传输到算法程序端；步骤S11：工业相机光轴穿过每个弯管横截面，每个弯管横截面的长轴值D
max
，即为在图像纵向中心线上的左右两端轮廓距离，对该图像二值化后采集图像边缘像素数据，并选取Y轴中间坐标且X轴左边像素值最小的坐标与同X轴右边最大的坐标做差，求出像素差值，并
根据k求出该横截面长轴D
max
的实际长度，以此往复求出每个待测横截面的D
max，n
；步骤S12：选取弯管弯曲段不同测量角度的n个截面，通过弯管同一横截面的D
max
与D
min
，求出该第n个截面的椭圆度步骤S13：结束。2.根据权利要求1所述的一种航空弯管截面椭圆度自动测量方法，其特征在于，步骤S3中，以图像的80灰度值为分界线，二值化处理后图像可通过公式(1.1)表示：3.根据权利要求1所述的一种航空弯管截面椭圆度自动测量方法，其特征在于，步骤S4中，选取合适的轮廓采集中间点，轮廓采集中间点坐标值选取在内轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋兰芳，高逸翔，杨铭，潘浩，李威，袁武杰，
申请(专利权)人：浙江工业大学之江学院，
类型：发明
国别省市：