一种齿轮尺寸视觉测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种齿轮尺寸视觉测量装置，包括工作台、相机、第一光源、第二光源、第一横向支架、第二横向支架、纵向支架、嵌入式主控制器、人机交互界面、存储器，第二光源设置在工作台上，纵向支架设置在工作台上、位于所述第二光源的一侧，第一横向支架和第二横向支架分别设置在纵向支架上，第一光源设置在第二横向支架上、且与所述第二光源相对设置，相机设置在第一横向支架上、位于所述第一光源上方，相机与嵌入式主控制器通讯连接，人机交互界面、存储器分别与所述嵌入式主控制器通讯连接。本发明专利技术能提高测量的效率与精度；提升图像边缘的清晰度，降低后续图像处理算法的复杂度。本发明专利技术同时提供一种齿轮尺寸视觉测量方法。

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮尺寸视觉测量装置及测量方法
本专利技术属于精密测量仪器领域，更具体地说，涉及一种基于齿轮尺寸视觉测量装置及测量方法。
技术介绍
伴随着工业化的进程，测量技术已经成为衡量一个国家工业发展水平高低的重要指标。由于传统人工测量存在效率低、成本高、精度差等问题，因而机器测量技术正逐渐取代人工成为业界的研究热点。机器视觉测量系统是精密测量领域的一种新型非接触式精密测量仪器。现有的基于计算机的视觉测量系统可以不知疲倦，周而复始地工作在恶劣的环境中，但仍存在着系统结构没有模块化，可移植性差，体积笨重，安装不便等缺点。针对上述问题，也进行了相应的改进，如授权公告日为2013年7月24日，授权公告日为CN101182990B，专利名称为一种基于机器视觉的大型在制工件几何测量系统的中国专利公开了一种技术方案，包括机械臂安装座、机械臂、相机、光源架、机械臂数控模块、图像采集卡和计算机；机械臂安装座是内置步进电机和传动齿轮的便携接口件，安装在机床主轴壳体或者工作台上；可两维伸缩和绕两轴转动的机械臂安装于机械安装座上，其末端加持相机；光源架安装在工件的上方；机械臂数控模块一端与机械臂连接，另一端与计算机连接；计算机还通过图像采集卡与相机相连。该技术方案的不足之处在于：虽然能够完成大型在制工件的几何测量，但是整个测量系统体积庞大，不宜移植，可裁剪性较差。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有技术中存在的系统结构没有模块化，可移植性差，体积笨重，安装不便等问题，本专利技术提供一种基于齿轮尺寸视觉测量装置及测量方法。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种齿轮尺寸视觉测量装置，包括工作台、相机、第一光源、第二光源、第一横向支架、第二横向支架、纵向支架、嵌入式主控制器、人机交互界面、存储器，所述第二光源设置在工作台上，所述纵向支架设置在工作台上、位于所述第二光源的一侧，所述第一横向支架和第二横向支架分别设置在纵向支架上，所述第一光源设置在第二横向支架上、且与所述第二光源相对设置，所述相机设置在第一横向支架上、位于所述第一光源上方，所述相机与所述嵌入式主控制器通讯连接，所述人机交互界面、存储器分别与所述嵌入式主控制器通讯连接。本技术方案采用相机拍摄被测物体的图像，通过嵌入式主控制器对所采集的图像进行处理和分析，计算出齿轮工件的具体尺寸，实现对齿轮工件的测量，具有非接触、测量速度快的特点，提高了测量的效率与精度；而且，本技术方案采用双光源的设计，不仅能够减少阴影以提升图像边缘的清晰度，而且还能降低后续图像处理算法的复杂度。进一步地，所述相机、第一光源、第二光源的中心位于同一中轴线上，且相机、第一光源、第二光源相互平行设置。进一步地，所述第一光源为环形光源。环形光源产生的光线充足、能够均匀地照射在待测齿轮工件上。进一步地，所述第二光源为面光源。面光源可以使工件的边缘更加清晰，得到高对比度的图像。进一步地，所述相机为工业相机，所述工业相机上带有镜头。工业相机的结构紧凑便于安装，性能稳定不易损坏，具有高抗干扰能力，可以获取质量较高的工件图像。进一步地，所述嵌入式主控制器型号为S3C2440A。本专利技术还提供一种齿轮尺寸视觉测量方法，用工业相机采集齿轮工件的图像经过模数转换后传输给嵌入式主控制器，嵌入式主控制器对图像进行中值滤波处理、图像边缘检测和Hough圆检测算法拟合处理得到齿轮工件的像素值，嵌入式主控制器根据相机尺寸标定得出的像素当量将齿轮工件的像素值转为物理空间尺寸；所述图像边缘检测包括以下步骤：S1、利用水平方向上的卷积核Sobelx和垂直方向上的卷积核Sobely对图像f(x,y)进行卷积滤波处理，得到滤波后的图像g(x,y)；S2、求像素点(x,y)的梯度方向θ(x,y)和梯度幅值t(x,y)，其中，(x,y)表示某一像素点的像素坐标；Px(x,y)为图像g(x,y)在x方向上的偏导数，Py(x,y)为图像g(x,y)在y方向上的偏导数；S3、利用梯度方向θ(x,y)和梯度幅值t(x,y)对每一个像素点进行非极大值抑制处理；S4、将经过非极大值抑制处理的像素分为H1、H2、H3，梯度幅值分为l级；其中，H1为图像的非边缘点，包含梯度幅值{t1,t2,...,tk}的像素；H2为可能的图像边缘点，包含梯度幅值{tk+1,tk+2,...,ts}的像素；H3为图像的边缘点，包含梯度幅值{ts+1,ts+2,...,tl}的像素，其中，1≤k≤l，k+1≤s≤l，64≤l≤128，k、s、l表示一个像素点的梯度幅值的级数，则像素H1、H2、H3的类间方差值其中，tm为任意梯度幅值，pm为梯度幅值等于tm的像素在图像中出现的概率，64≤l≤128，1≤m≤l；将σ2(k,s)取得最大值所对应的tmax、pmax分别设为H1、H2、H3区间的分界点，即高阈值Th和低阈值Tl；S5、采用高阈值Th和低阈值Tl对图像进行分割以提取齿轮工件的边缘。本技术方案中Canny算法具有参数自适应能力，对高阈值Th和低阈值Tl的选择使齿轮图像边缘的划分更准确，从而使齿轮图像边缘检测具有较好的抗噪能力和检测精度。进一步地，所述步骤S3为：若点(x,y)处的梯度幅值在3*3邻域内大于相邻两个像素点的幅值，则该点就是所求的边缘点；否则不是。进一步地，所述步骤S5为：若梯度幅值t(x,y)>Th，那么该点一定是边缘点；若t(x,y)<Tl，那么该点一定不是边缘点；若Ti<t(x,y)<Th，那么寻找该点邻域内是否有大于Th的点，如果能找到，那么该点是边缘点，否则不是。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术采用工业相机拍摄被测物体的图像，通过嵌入式主控制器对所采集的图像进行处理和分析，计算出齿轮工件的具体尺寸，实现对齿轮工件的测量，具有非接触、测量速度快的特点，而且提高了测量的效率与精度；(2)本专利技术采用嵌入式主控制器，具有体积小、成本低、集成度高等优点；(3)本专利技术采用OTSU自适应阈值Canny边缘检测算法，，对高阈值Th和低阈值Tl的选择使齿轮图像边缘的划分更准确，从而在进行齿轮图像边缘检测时具有较好的抗噪能力和检测精度；(4)本专利技术可移植性强、安装便利、易于实现。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的工作流程图；图3(a)为实施例中进行中值滤波前的3*3图像矩阵；图3(b)为实施例中进行中值滤波后的3*3图像矩阵；图4为本专利技术进行图像处理的流程图；图5为采用本专利技术中的测量方法进行边缘检测的结果示意图；图中：1：工业相机；2：镜头；3：第一光源；4：第二光源；5：工作台；6：纵向支架；7：横向支架；8：横向支架；9：嵌入式主控制器；10：人机交互界面；11：存储器；12：齿轮工件。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种齿轮尺寸视觉测量装置，其特征在于：包括工作台、相机、第一光源、第二光源、第一横向支架、第二横向支架、纵向支架、嵌入式主控制器、人机交互界面、存储器，所述第二光源设置在工作台上，所述纵向支架设置在工作台上、位于所述第二光源的一侧，所述第一横向支架和第二横向支架分别设置在纵向支架上，所述第一光源设置在第二横向支架上、且与所述第二光源相对设置，所述相机设置在第一横向支架上、位于所述第一光源上方，所述相机与所述嵌入式主控制器通讯连接，所述人机交互界面、存储器分别与所述嵌入式主控制器通讯连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种齿轮尺寸视觉测量装置，其特征在于：包括工作台、相机、第一光源、第二光源、第一横向支架、第二横向支架、纵向支架、嵌入式主控制器、人机交互界面、存储器，所述第二光源设置在工作台上，所述纵向支架设置在工作台上、位于所述第二光源的一侧，所述第一横向支架和第二横向支架分别设置在纵向支架上，所述第一光源设置在第二横向支架上、且与所述第二光源相对设置，所述相机设置在第一横向支架上、位于所述第一光源上方，所述相机与所述嵌入式主控制器通讯连接，所述人机交互界面、存储器分别与所述嵌入式主控制器通讯连接。


2.根据权利要求1所述的齿轮尺寸视觉测量装置，其特征在于：所述相机、第一光源、第二光源的中心位于同一中轴线上，且相机、第一光源、第二光源相互平行设置。


3.根据权利要求1或2所述的齿轮尺寸视觉测量装置，其特征在于：所述第一光源为环形光源。


4.根据权利要求1或2所述的齿轮尺寸视觉测量装置，其特征在于：所述第二光源为面光源。


5.根据权利要求1或2所述的齿轮尺寸视觉测量装置，其特征在于：所述相机为工业相机，所述工业相机上带有镜头。


6.根据权利要求1或2所述的齿轮尺寸视觉测量装置，其特征在于：所述嵌入式主控制器型号为S3C2440A。


7.一种齿轮尺寸视觉测量方法，其特征在于：用工业相机采集齿轮工件的图像经过模数转换后传输给嵌入式主控制器，嵌入式主控制器对图像进行中值滤波处理、图像边缘检测和Hough圆检测算法拟合处理得到齿轮工件的像素值，嵌入式主控制器根据相机尺寸标定得出的像素当量将齿轮工件的像素值转为物理空间尺寸；所述图像边缘检测包括以下步骤：
S1、利用水平方向上的卷积核Sobelx和垂直方向上的卷积核Sobely对图像f(x,y)进行卷积滤波处理，得到滤波后的图像g(x,y)；
S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：章家岩，冯旭刚，程福安，方修之，魏舜昊，徐帅，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34