基于机器视觉的钢丝绳股间隙在线自动测量方法技术

本发明专利技术公开的基于机器视觉的钢丝绳股间隙在线自动测量方法，包括数码图像采集与处理、数码图像边缘定位，钢丝绳股间隙的计算。数码图像采集与处理是在钢丝绳中心轴线方向上采集长度包含至少1个钢丝绳捻距的钢丝绳数码图像，并对图像进行处理。数码图像边缘定位是对数码图像采集的数码图像的边缘进行亚像素级定位。对所需亚像素的坐标以及单位像素的物理尺寸进行提取。钢丝绳股间隙的计算是利用亚像素的坐标以及单位像素的物理尺寸根据股间隙的几何特征计算出股间隙的值。该方法可实现钢丝绳股间隙的高精度在线自动测量。钢丝绳股间隙的高精度在线自动测量。钢丝绳股间隙的高精度在线自动测量。

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉的钢丝绳股间隙在线自动测量方法


[0001]本专利技术属于金属制品线材制造
，涉及一种基于机器视觉的钢丝绳股间隙在线自动测量方法。

技术介绍

[0002]钢丝绳股间隙是指在同一捻制圆上相邻股之间的间隙，钢丝绳股间隙是钢丝绳制造过程中的一项重要特征参数，其大小对钢丝绳在动态使用过程中的性能有着重要的影响，必须保证股间隙在合适的范围内才能保证钢丝绳的使用性能。现有技术主要通过人工方法用塞尺对股间隙进行测量，测量精度很低，不能真正反映股间隙的实际情况，更无法对股间隙进行实时监测。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供基于机器视觉的钢丝绳股间隙在线自动测量方法，依托现有成熟软、硬件技术及算法或算子实现对钢丝绳股间隙进行亚像素级高精度自动测量的方法，以满足钢丝绳股间隙在生产或使用过程中的高精度在线监测要求。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是，基于机器视觉的钢丝绳股间隙在线自动测量方法，包括数码图像采集与处理、数码图像边缘定位，钢丝绳股间隙计算；具体操作步骤如下：
[0005]步骤1：在钢丝绳中心轴线方向上采集长度包含至少1个钢丝绳捻距的钢丝绳数码图像；并对图像进行预处理以适应图像边缘定位的要求；
[0006]步骤2：通过引入边缘检测算子对采集数码图像的边缘进行像素级定位，然后在此基础上通过亚像素边缘定位算法对图像边缘进行亚像素级定位；
[0007]步骤3：提取钢丝绳数码图像中的亚像素坐标以及单位像素的物理尺寸；
[0008]其中钢丝绳图像上边缘的极值点为极高点，其坐标值为(x
N
g
n
，y
N
g
n
)，下边缘的极值点为极低点，其坐标值为(x
N
d
n
，y
N
d
n
)；单位像素在Y轴方向的物理尺寸k
y
，在X轴方向的物理尺寸k
x
；
[0009]其中，N表示第N张数码图像(1≤N≤4)，n表示第n个极高点或极低点(n＝1，2，3...)；当极高点与极低点的n相等时，表示二者是在钢丝绳图像X轴方向上距离最近的极高点和极低点；
[0010]步骤4：利用步骤3所述亚像素坐标以及单位像素的物理尺寸，计算钢丝绳的股间隙。
[0011]本专利技术的特点还在于：
[0012]步骤1预处理可选用ROI提取、几何校正、图像增强或复原、平滑、二值化中的任意一种或几种。
[0013]步骤2边缘检测算子可选用roberts算子、sobel算子、Laplacian算子、LOG算子、Canny算子中的任意一种。
[0014]步骤2亚像素边缘定位算法包括矩方法、插值法、拟合法中的任意一种。
[0015]步骤4钢丝绳股间隙的计算方法如下：
[0016]钢丝绳的股间隙可分为轴向间隙、截面间隙和真实间隙。
[0017]则钢丝绳股的轴向间隙δ
Z
可按式(1)计算：
[0018][0019]而钢丝股的截面间隙δ
J
的计算式为：
[0020]δ
J
＝δ
Z tanα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0021]钢丝股的真实间隙δ
S
的计算式为：
[0022]δ
S
＝δ
J
cosα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0023]其中，D为钢丝绳直径、d为股径、S为捻距、α为钢丝绳的捻角；
[0024]捻角α可由式(4)计算：
[0025][0026]步骤4钢丝绳的股间隙是指钢丝绳相邻的两根股之间的距离。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028]本专利技术提供的基于机器视觉的钢丝绳股间隙在线自动测量方法依托现有成熟软、硬件技术及算法或算子、实现对钢丝绳股间隙进行亚像素级高精度自动测量的方法。利用该方法可对钢丝绳在生产或使用过程中的股间隙进行高精度自动在线监测，对改进和优化钢丝绳的设计、生产，提高钢丝绳的使用性能具有重要指导意义。
附图说明
[0029]图1为本专利技术基于机器视觉的钢丝绳股间隙在线自动测量方法的股间隙计算示意图；
[0030]图2为本专利技术钢丝绳股轴向间隙示意图；
[0031]图3为本专利技术钢丝绳股截面间隙示意图；
[0032]图4为本专利技术钢丝绳股真实间隙示意图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0034]本专利技术一种基于机器视觉的钢丝绳股间隙在线自动测量方法如图1所示，具体按照以下步骤实施：
[0035](1)数码图像采集与处理
[0036]数码图像采集与处理是利用数码相机在钢丝绳中心轴线方向上采集长度包含至少1个钢丝绳捻距的钢丝绳数码图像，并对图像进行处理(这种处理包括但不限于ROI提取、几何校正、图像增强或复原、平滑、二值化等)以适应图像边缘定位的要求。
[0037](2)数码图像边缘定位
[0038]通过引入边缘检测算子(如roberts算子、sobel算子、Laplacian算子、LOG算子、Canny算子等)对采集的数码图像的边缘进行像素级定位，然后在此基础上通过亚像素边缘定位算法(如矩方法、插值法、拟合法等)对图像边缘进行亚像素级定位。
[0039](3)数据采集
[0040]根据测量计算需要，对数码图像中所需要的亚像素坐标以及单位像素的物理尺寸进行提取。如图1所示，本专利技术称钢丝绳图像上边缘的极值点为极高点，其坐标值为(x
N
g
n
，y
N
g
n
)；下边缘的极值点为极低点，其坐标值为(x
N
d
n
，y
N
d
n
)。要提取坐标值的亚像素包括极高点的坐标值(x
N
g
n
，y
N
g
n
)或极低点的坐标值(x
N
d
n
，y
N
d
n
)，单位像素在Y轴方向的物理尺寸k
y
，在X轴方向的物理尺寸k
x
。本专利技术以取极高点的坐标值为例进行钢丝绳股间隙测量计算方法的阐述。
[0041]N表示第N张数码图像(N≥1)，n表示第n个极高点或极低点(n＝1，2，3...)。
[0042](4)钢丝绳股间隙的计算
[0043]钢丝绳股间隙的计算是利用所述数据采集所提取的数据，根据股间隙的几何特征计算出股间隙的值。
[0044]钢丝绳的股间隙是指钢丝绳相邻的两根股之间的距离，可分为轴向间隙(如图2所示)、截面间隙(如图3所示)和真实间隙(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于机器视觉的钢丝绳股间隙在线自动测量方法，包括数码图像采集与处理、数码图像边缘定位，钢丝绳股间隙计算；其特征在于，具体操作步骤如下：步骤1：在钢丝绳中心轴线方向上采集长度包含至少1个钢丝绳捻距的钢丝绳数码图像；并对图像进行预处理以适应图像边缘定位的要求；步骤2：通过引入边缘检测算子对采集的数码图像的边缘进行像素级定位，然后在此基础上通过亚像素边缘定位算法对图像边缘进行亚像素级定位；步骤3：提取钢丝绳数码图像中的亚像素坐标以及单位像素的物理尺寸；其中钢丝绳图像上边缘的极值点为极高点，其坐标值为(x
N
g
n
，y
N
g
n
)，下边缘的极值点为极低点，其坐标值为(x
N
d
n
，y
N
d
n
)；单位像素在Y轴方向的物理尺寸k
y
，在X轴方向的物理尺寸k
x
；其中，N表示第N张数码图像(1≤N≤4)，n表示第n个极高点或极低点(n＝1，2，3...)；当极高点与极低点的n相等时，表示二者是在钢丝绳图像X轴方向上距离最近的极高点和极低点；步骤4：利用步骤3所述亚像素坐标以及单位像素的物理尺寸，计算钢丝绳的股间隙。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的钢丝绳股间隙在线自动测量方法，其特征在于：步骤1所述预处理可选用ROI提取、几何校...

【专利技术属性】
技术研发人员：康先智，闫保国，王欢，许恩荣，刘国瑞，沈志军，张东昱，张赞斌，侯挺挺，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司宝鸡石油机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：