空心圆柱零件的非接触检测系统及其检测方法技术方案

一种空心圆柱零件的非接触检测系统及其检测方法，检测系统包括：照明部分：带支架和底座的双平行光源及滑轨，传输部分：控制器和电控平移台，数据接收处理部分：带支架和底座的线阵ＣＣＤ及计算机。在电控平移台一侧放置滑轨，平行光源和ＣＣＤ分别通过各自底座安装在滑轨上，双光源在ｘ方向上相对ＣＣＤ对称放置，从左右上方以角度θ０－斜照射在待测零件Ａ表面上，且按照宽度上限ｄ０－调节光源狭缝的宽度，ＣＣＤ从上方接收零件表面的反射光，数据送入计算机处理。检测方法：计算机通过协调控制平移台和ＣＣＤ实现等距离间隔数据采集，对采集的行图像进行预处理后进行边缘提取，由边缘点拟合内外圆的圆心位置和圆半径，从而计算出内外圆的同心度。

Non contact detection system of hollow cylindrical parts and detection method thereof

A hollow cylindrical part of the non-contact detection system and detection method, detection system including: Lighting: light source and double parallel rails, with the support and the base of the transmission parts: controller and electric control platform, the data receiving and processing part with a bracket and a base line array CCD and computer. Placed side rail on the motorized stage, parallel light source and CCD are respectively arranged on the slide rail through the respective base, two light sources placed in the X direction relative to the CCD symmetry, from the left to the top angle of 0 slanting illumination on the measured parts on the surface of A, and in accordance with the width limit of d0 adjust the width of the slit light, reflected light the CCD receiving part surface from the top of the data into the computer. Test method: computer through coordinated control platform and the realization of CCD distance data acquisition, preprocessing the collected image after edge extraction, edge fitting from inside and outside the circle center position and the radius of the circle, to calculate the internal and external circle concentricity.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动化检测，视觉的非接触检测，尤其是一种空心圆柱零件的非接 触检测系统及其检测方法。
技术介绍
80年代开始，机器视觉开始了全球性的研究热点，当时视觉检测系统己经在美 国制造业中广泛应用，主要是运用到了各种自动化检测领域。近年来，随着工业技 术在新材料、新工艺、新设备等方面取得的巨大进步，该技术获得了蓬勃发展，新 概念、新理论不断涌现，对产品的检测技术也提出了更高要求。传统接触检测方法 速度较慢，容易对零件造成损伤，会降低测量精度。基于计算机视觉的测量技术具 有高速度、实时性好、非接触、低成本等优点，被广泛用于对各种零件尺寸的精密 测量。检测系统的各部分都在朝着提高检测精度，加快检测速度方面不断改进。在 机械工业零部件检测中，圆孔和圆形工件的检测是一个重要检测内容，根据本项目 需要，检测空心圆柱零件的同心度和内外圆半径，则需要获取零件表面二维图像信 息，再对图像数据进行处理计算。传统检测方法中面数据的采集获取通常采用面阵 CCD，直接将待测物成像在CCD二维像元面上，再对像面上信号数字化后的二维数组 进行相应的处理运算，得到待测物的各项参数。这种方法使用方便，但是面阵CCD 像元尺寸大，精度不高，但是对于本项目需检测零件的同心度，圆心位置的精度依 赖于采集到的圆上点的坐标位置的精确性，即要保证采集到的图像上的点的定位精 度，普通面阵CCD采集不能满足这样的高精度要求。同时，待测零件尺寸在厘米量级， 如果采用大面积高精度的面阵CCD，造价十分昂贵，对于本检测项目来说成本太高。 传统提高零件检测精度和速度大都着眼于对后续图像处理算法上的改进，但是作为 非接触检测系统中的重要组成，光源照明部分对检测结果有着重要影响。对于零4牛 的检测的内容主要在于边缘的提取，再根据要检测的内容对提取到的边缘做进一步 处理分析，边缘的检测有赖于边缘两侧的图像对比度，因此提高照明对比度对于检 测零件来说具有重要意义。因此，改进研制一套对比度强的光源照明系统及相应的 照明方法对于非接触检测有着重要的实际意义和应用价值。基于待测零件外形的特 殊性，进行照明部分的特殊设计和结合实验对算法部分进行精确的设计，在低成本下完成一套对空心圆柱零件的精度高速度快的非接触检测系统，有很强的实用价值和意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现阶段检测技术检测精度不高的这一普遍不足之处，提供 一种，本专利技术具有精度高、速度快的 特点。本专利技术的目的是这样实现的 一种空心圆柱零件的非接触检测系统，其特点在于该系统的构成包括 传输部分由控制器和电控平移台组成，所述的电控平移台用于置放待测空心 圆柱零件，以下简称为待测零件，所述的控制器与所述的计算机的输出端相连，所 述的控制器在所述的计算机的控制下驱动所述的电控平移台的运动，带动所述的待 测零件的运动；照明部分由第一平行光源、第二平行光源和带刻度的滑轨构成，所述的滑轨 沿所述的电控平移台运动方向置于所述的电控平移台的一侧，第一平行光源、第二 平行光源分别安装在第一光源支架、第二光源支架上，两光源支架分别通过第一底 座、第二底座固定在所述的滑轨上；数据探测和处理部分由线阵CCD和计算机构成，所述的线阵CCD固定在CCD支架上，该CCD支架通过第三底座固定在所述的滑轨上，所述的第三底座位于所述 的第一底座、第二底座之间，所述的线阵CCD与所述的计算机之间由数据线相连；所述的计算机控制所述的电控平移台运载待测零件传输，第一平行光源、第二平行光源从上方倾斜对称照射所述的待测零件，所述的CCD接收所述的待测零件的 反射光，所述的计算机控制CCD采集数据，计算机对输入的数据进行数据处理。 利用上述的空心圆柱零件非接触检测系统对空心圆柱零件进行检测的方法，包括下列步骤第一步准备① 将第一平行光源、第二平行光源在线阵CCD的两侧对称地安装在带刻度的滑轨上构成照明部分，将整个照明部分放置在所述的电控平移台的一侧，所述的滑轨与所述的电控平移台的运动方向平行；② 调整照明部分到电控平移台的距离，再微调所述的第一底座、第二底座和第三底座，使所述的CCD中心、第一平行光源和第二平行光源的光斑中心均对准所述的电控平移台的中线；③ 用游标卡尺和直尺抽样测出待测零件的高度h和内圆直径a，计算出临界角 《=arCtan(/2/")，调整第一平行光源和第二平行光源的角度，将光源入射角调整成略小于《的角度《，固定；④ 根据《和h计算出光源的狭缝宽上限《=2/2COS《，将第一平行光源和第二 平行光源的狭缝均调节到比《小的宽度，此时光源出射的为窄带光斑；⑤ 随机取一个待测零件立放在所述的CCD的正下方的电控平移台的台面上，调节 第一平行光源和第二平行光源之间的距离，使两个光源在x方向上相对于CCD对称放 置，且两光源出射的窄带光斑区域在待测零件的上表面重合；⑥ 将待测零件A沿所述的电控平移台的运动方向，即在x方向间距地立放在电 控平移台上，开启CCD、电控平移台和计算机的电源，使其工作，计算机运行检测 软件程序开始检测并初始化包括将待测零件标志端初始化为无效(EN-O)，表示未 扫描到待测零件；第二步计算机检测第1步，待测零件随电控平移台开启而开始运输过程； 第2步，CCD摄像，计算机采集行数据；第3步，计算机对采集到的一行数据先二值化，再腐蚀操作，对操作结果进行判 断，若该行数据操作后全为O，则是背景，若不全为0，则是待测零件图像； 当是背景且EN-O,则返回第2步，采集下一行数据； 当不是背景，则进入第4步； 当是背景且EN-1，则进入第5步；第4步，将采集到的行数据和相应的位置坐标存入二维数组，并将EN端置为有 效(EN-1)，之后再返回第2步，采集下一行数据，执行第3步，以此循环，直至获得 一个待测零件A的全部行数据；第5步，对二维数组中数据进行膨胀算法抵消第4歩中腐蚀算法对图像边缘的影 响，再用一维Prewitt算子提取边缘；第6步，根据提取到的边缘在二维数组中的位置坐标用最小二乘法分别拟合出参 数内圆、外圆的圆心位置和内圆、外圆的半径，根据两圆心位置计算同心度，然 后判断是否符合生产要求，合格进入第7步；不合格则进入第8步；第7步，将所述的参数保存至硬盘，清空二维数组以便存储下一个待测零件数据， 同时将EN端置为无效(EN-O)，然后返回第2步，继续采集下一个待测零件的行数据;第8步，保存所述的参数至硬盘并且报警停止程序，等待人为处理和命令。本专利技术的技术效果1. 计算机通过协调控制平移台移动和CCD数据采集，实现对零件的等间距定位行数据采集，通过函数获得平移台位置(台面移动的步数)，每间隔相同步数触发调用采集函数采集一行图像数据，由步数X分辨率(平移台每步移动距离)X该行在二维数组中行坐标，可确定该行数据的x坐标，从而实现行图像数据在X方向上定位的高精度。2. 在图像预处理部分和图像存储部分，先进行阈值运算，实现二值化，再对二值化后图像腐蚀运算去除背景上的椒盐噪声，然后根据处理结果进行分类，选择性的进行图像存储，将零件数据行存入二维数组，将背景数据行舍弃。3. 边缘提取部分，先用膨胀法抵消前面腐蚀的作用，使边界复原，再用一维Prewitt算子对行图像逐行提取边缘，这样提取的边缘占了两个像元，取两像元的中点为边缘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空心圆柱零件的非接触检测系统，其特征在于该系统的构成包括：　　　　传输部分：由控制器（１７）和电控平移台（１２）组成，所述的电控平移台（１２）用于置放待测空心圆柱零件，以下简称为待测零件（Ａ），所述的控制器（１７）与所述的计算机（１６）的输出端相连，所述的控制器（１７）在所述的计算机（１６）的控制下驱动所述的电控平移台（１２）的运动，带动所述的待测零件（Ａ）的运动；　　　　照明部分：由第一平行光源（１３－１）、第二平行光源（１３－２）和带刻度的滑轨（１０）构成，所述的滑轨（１０）沿所述的电控平移台（１２）运动方向置于所述的电控平移台（１２）的一侧，第一平行光源（１３－１）、第二平行光源（１３－２）分别安装在第一光源支架（６－１）、第二光源支架（６－２）上，两光源支架分别通过第一底座（９－１）、第二底座（９－２）固定在所述的滑轨（１０）上；　　　　数据探测和处理部分：由线阵ＣＣＤ（１１）和计算机（１６）构成，所述的线阵ＣＣＤ（１１）固定在ＣＣＤ支架（１８）上，该ＣＣＤ支架（１８）通过第三底座（９－３）固定在所述的滑轨（１０）上，所述的第三底座（９－３）位于所述的第一底座（９－１）、第二底座（９－２）之间，所述的线阵ＣＣＤ（１１）的输出端与所述的计算机（１６）输入端相连；　　　　所述的计算机（１６）控制所述的电控平移台（１２）运载待测零件传输，第一平行光源（１３－１）、第二平行光源（１３－２）从上方倾斜对称照射所述的待测零件（Ａ），所述的ＣＣＤ（１１）接收所述的待测零件（Ａ）的反射光，所述的计算机（１６）控制ＣＣＤ（１１）采集数据，计算机（１６）对输入的数据进行数据处理。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：费菲，何红，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]