一种基于机器视觉的疲劳试验机试件自动安装定位方法，通过CCD获取下夹具孔与试件孔的图像，对图像进行系统标定、图像预处理、图像分析、图像识别操作，通过圆拟合的方法分别检测出试件孔和夹具孔，再通过位置测量算法计算出两圆孔之间的像素距离并通过系统标定值将其转化为实际尺寸，孔差数据作为电机控制的触发信号，控制电机运动定位，使得下夹具孔与试件孔的完全对中，实现疲劳试验机试件的自动安装定位。本发明专利技术实现试件自动安装定位，省时省力，精度较高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器视觉、图像处理和自动控制领域，具体的讲是一种基于机器视觉 的疲劳试验机试件自动安装定位方法。
技术介绍
疲劳破坏是机械零部件失效的主要形式，由于目前尚不能完全通过有效的理论方 法来研宄，因此通过疲劳试验机对特定的材料进行疲劳裂纹扩展试验，来探索零部件扩展 断裂过程的规律，具有十分重要的意义。由于需要对不同形状和不同材料的试件进行大量 的疲劳裂纹扩展试验，这样就需要频繁的在疲劳试验机上安装、拆卸试件。高频疲劳试验机 一般是上夹具（或下夹具）固定不动，下夹具（或上夹具）可以通过电机运动控制其上下 运动。在试件安装时，首先用销钉将试件固定在上夹具上，然后控制电机正转或者反转来调 节下夹具上下运动，使下夹具孔与试件孔对中，再用销钉将其固定，完成试件的安装定位工 作，接着进行所需要的疲劳实验。 目前，大部分高频疲劳试验机从安装试样到记录数据，基本上全部依靠人工操作 完成。传统的手工安装定位试件过程一般需要两个人，其中一个人实时观察下夹具孔和试 件孔之间的孔差变化并下达下夹具上升或下降的指令，另一个人则需要根据指令判断电机 正转或者反转并实时控制工作台电机。用肉眼观察下夹具孔和试件孔基本对中时，用销钉 定位，若无法定位再重复上面的工作，直至可以用销钉将试件固定到下夹具上为止，两人协 同操作至少15分钟的时间才能保证试件准确定位安装。
技术实现思路
为了克服现有的疲劳试验机试件安装定位方式的费时费力、精度较低的不足，本 专利技术提供了，使用机器视觉和图像 处理技术计算试件孔与夹具孔之间的孔差，在实现上位机图像采集与电机运动控制的基础 上，控制工作台下夹具升降使夹具孔与试件孔对准，实现试件自动安装定位。 为了解决上述技术问题采用的技术方案为： -种基于机器视觉的疲劳试验机试件自动安装定位方法，通过CCD获取下夹具孔 与试件孔的图像，对图像进行系统标定、图像预处理、图像分析、图像识别操作，通过圆拟合 的方法分别检测出试件孔和夹具孔，再通过位置测量算法计算出两圆孔之间的像素距离并 通过系统标定值将其转化为实际尺寸，孔差数据作为电机控制的触发信号，控制电机运动 定位，使得下夹具孔与试件孔的完全对中，实现疲劳试验机试件的自动安装定位。 进一步，所述系统标定过程为：对图像采集系统得到的图像先进行图像预处理和 图像分析，再采用IMAQClampHorizontalMax函数测量夹具边缘的水平像素距离，用夹具 实际水平距离除以水平像素距离就得到了系统的标定值； 更进一步，所述图像预处理过程为：先对图像进行中值滤波再进行垂直方向上边 缘锐化处理，接着进行直方图均衡化去除噪声。 再进一步，所述图像分析过程为：采用直方图谷点确定分割阈值的方法对图像进 行二值化，再对图像进行先膨胀后腐蚀的形态学运算。 更进一步，所述位置测量算法过程如下： 1)对图像处理后得到的月牙图形建立坐标系； 2)由于下夹具孔在一个圆柱曲面上，故对其进行拍照时会存在畸变，所以下夹具 孔在照片上的尺寸与试件孔的尺寸不相等，因此对下夹具孔和试件孔形成的两个半径不一 的圆弧组成的封闭区域建立模型，其中试件孔的圆心坐标为〇 1: (X0,Yl)半径为rl，下夹具 孔的圆心坐标为O2: (X0,Y2)半径为r2,且它们的圆心同在X=XO的直线上，则直线X=XO 与试件孔的圆和下夹具孔的圆的下半圆交点坐标分别为P1(X0,Y3)与P2(X0,Y4)，由此可 得：Y3 =Yl-rlY4 =Y2-r2 又有Pl与P2在X=XO的直线上 得到孔差距离计算公式：P1P2 =Y3-Y4 =yl-rl-(Y2-r2) =Yl-Y2-(rl-r2) 3)使用NIIMAQVision工具包中的FindCircularEdge圆拟合函数，分别拟合 出试件孔圆和夹具孔圆并计算其圆心坐标及半径； 4)应用上述孔差距离计算公式得到坐标系中孔差的像素值即P1P2的值，再与系 统标定值相乘得到试件孔与夹具孔之间的实际相对位置。 所述步骤3)中，选取月牙部分作为目标搜索区域，从左边界开始，从上到下竖直 扫描，当遇到像素为〇时继续扫描，直到首次遇到像素为1的点时存入寄存器，这些像素从 〇至1的点即为试件孔圆拟合曲线上的点集，去除孤立点对其进行圆拟合，从而获得圆仏的 圆心坐标及半径；同理像素从1至0的点集拟合得到的圆即为夹具孔圆〇 2并获得其圆心坐 标及半径。 通过模糊PID控制策略控制电机运动定位，模糊PID控制策略的过程如下： 1)采用模糊PID控制器，系统为三个双输入单输出的模糊控制器在线调整PID的 三个参数：比例kp、积分h和微分kd，PID控制器输入为设定距离与反馈距离的偏差e及偏 差变化率ec，输出量为Akp、AkJPAkd，分别用来调整PID控制器的参数kp、ki、kd的值； 2)电机模糊推理系统 输入量e、ec和输出量Akp、AkpAkd相对应的模糊语言变量为E、EC、AKp、AKi 和AKd，设其离散模糊论域都为{-6, -5, -4, -3, -2, -I，0,1，2, 3,4, 5,6}。e的基本论域为 (_6,6)，则量化因子为ae= 6/6 = 1，计算公式e(t) =r(t)_y(t)，r(t)为系统设定值，y(t) 为测量值；ec的基本论域为（-〇. 3,0. 3)，则量化因子为ae。= 6/0. 3 = 20 ;计算公式ec(k) =e(k)-e(k_l) ;Akp基本论域为（-10,10)，贝丨」量化因子为akp= 6/10 = 0? 6 ;Aki基本论 域为（-0. 2,0. 2)，则量化因子为aki= 6/0. 2 = 30 ;Akd基本论域为（-1，1)，则量化因子为 akp= 6/1 = 6 ;把以上在之间变化的变量根据需要分成7个等级：负大（NB)、负中 (NM)、负小（NS)、零（ZO)、正小（PS)、正中（PM)、正大（PB)，每个等级作为一个模糊变量，并 对应一个模糊子集或隶属度函数。采用两输入单输出MamdaniMAX-MIN推理方法，去模糊化则采用精度较高的重心 法，具体模糊推理规则如下：规则I:IFAiANDBiTHENCi(i= 1，2, 3...n)。 本专利技术的有益效果为：实现试件自动安装定位，省力省力，精度较高。【附图说明】：图1为本专利技术的疲劳试验机试件自动安装定位系统架构图。图2为本专利技术的疲劳试验机试件自动安装定位系统算法流程图。图3为本专利技术的疲劳试验机试件自动安装定位系统流程图。 图4为本专利技术的试件位置测量模型图。 图5为模糊PID控制结构图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步说明。 参照图1~图5,，通过 CCD获取下夹具孔与试件孔的图像，对图像进行系统标定、图像预处理、图像分析、图像识别 操作，通过圆拟合的方法分别检测出试件孔和夹具孔，再通过位置测量算法计算出两圆孔 之间的像素距离并通过系统标定值将其转化为实际尺寸，孔差数据作为电机控制的触发信 号，控制电机运动定位，使得下夹具孔与试件孔的完全对中，实现疲劳试验机试件的自动安 装定位。 进一步，所述系统标定过程为：对图像采集系统得到的图像先进行图像预处理和 图像分析，再采用IMAQClampHorizontalMax函数测量夹具边缘的水平本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于机器视觉的疲劳试验机试件自动安装定位方法，其特征在于：通过CCD获取下夹具孔与试件孔的图像，对图像进行系统标定、图像预处理、图像分析、图像识别操作，通过圆拟合的方法分别检测出试件孔和夹具孔，再通过位置测量算法计算出两圆孔之间的像素距离并通过系统标定值将其转化为实际尺寸，孔差数据作为电机控制的触发信号，控制电机运动定位，使得下夹具孔与试件孔的完全对中，实现疲劳试验机试件的自动安装定位。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜伟，高红俐，刘辉，郑欢斌，朱亚伦，刘欢，邵新阳，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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