[发明专利]冲击试样自动加工装置在线检测视觉系统及其图像处理方法

说明书

技术领域

本发明是金属冲击试样自动化加工系统的重要组成部分。涉及在线检测和图像处理专业领域。

背景技术

夏比冲击试验所需的试样，其中主要尺寸、形状、表面质量及形位公差的技术要求是必须保证的。冲击试样自动加工系统主要对铣削V型缺口后的冲击试样进行尺寸和形状检测，包含三个部分：

(1)检测V型缺口角度Φ，如果测量结果Φ>47°或Φ<43°，则给出换刀具信号；如果结果符合精度要求，则给出角度合格信号。

(2)检测圆弧半径R，若测量结果符合精度要求，即R∈(0.225mm，0.275mm)，不超差，则检测L₂。如果测量结果超差，则给出换刀或者修刀的信号。

(3)检测L₂，检测跟第一步相似，如果L₂>2.03mm，计算进给量并继续进给；如果L₂<1.97mm，给出产品不合格命令；L₂∈(1.97mm，2.03mm)，给出合格信号，并反馈给运控系统，控制L₂加工。

冲击试样自动加工系统由一铣(平面铣)、二铣(分料)和成型铣(铣V型槽)三部机床、三维机械手、料位转换和定位装置、排屑、去毛刺装置及打号机等机械装置组成，整个系统由包含运动控制系统(包括PLC控制子系统及伺服控制子系统)和视觉检测系统的集成控制系统实行控制，实现冲击试样的全自动加工。视觉检测是该系统完全实现全自动化加工的关键技术。人工检测产品质量效率低、精确度不高、无法实时在线测量，生产的柔性及自动化程度受限制，不适用于大批量的生产过程。

发明内容

本发明目的在于公开应用于冲击试样自动加工装置的在线检测视觉系统及其图像处理方法。

本发明以机器视觉技术为基础，以图像处理技术为方法，针对机械加工的特殊条件及对冲击试样在线检测的技术要求，结合机器视觉系统的功能及结构特点，利用图像采集、显示、处理和分析技术，完成冲击试样尺寸在线视觉检测系统的设计。可以提高生产的柔性及自动化程度，适用于大批量的生产过程，可以解决人工检测产品质量效率低、精确度不高、无法实时在线测量的缺点，其应用前景十分广阔。

本发明图像处理过程为：首先利用CCD摄像技术及图像采集卡采集工件端面静态图像，图像信息传至计算机后，图像处理软件对信息进行全面处理，最终计算出工件的实际尺寸，将测试结果传给控制软件，经过甄别处理后得出进一步加工或停止加工的指令，发出信号，启动相应的运动控制程序和伺服执行机构完成后续正常的自动加工过程。

本发明冲击试样加工视觉检测系统的构成：

系统的硬件由下述几部分组成：

照明系统、CCD摄像机及光学镜头、摄像机与光源安装装置、图像采集卡和计算机。摄像头处在一个密封的装置中，当运动控制系统给出采集图像的信号时，摄像头前方的保护屏打开后，进行图像的采集。同时将光源也放置在此装置中，并设计了保持焦距为定值的机构。图像采集卡接收从CCD摄像头中输入的模拟电信号，由A/D转换为离散的数字信号，将离散的信号存储在图像的一个或者多个存储单元中，当计算机发出传送指令时，经过PCI总线将图像信息传到计算机内存以便于计算机的运算处理，或者直接送到显示卡上进行显示。

图像采集卡能够输出四路模拟信号，具有外部触发功能，可以通过RTSI(实时系统总线)与运动控制卡连在一起相互触发，完成视觉系统与运动控制系统的相互的数据信号交换功能。

计算机系统的配置为：CPU为P_III1.8G以上，内存256MB以上，硬盘在20G以上，32M以上的VGA显卡，选择奔腾系列，采用了最新的MMX技术，包含大量通用指令，完全兼容于现存的各类操作系统与应用软件。利用MMX技术对于大多数图像采集视觉函数，如滤波、阈值处理、运算、逻辑和形态学都有显著的性能增益。

视觉检测中的图像处理方法为：

1、图像预处理：首先对图像进行预处理，本发明选定了3×3的中值滤波的图像预处理方法。

2、图像分割：本发明采用基于区域分割的方法。可以对二值图像进行处理从而改善边缘分割的效果，

3、二值化：本发明采用最大类间方差法进行二值化处理。

4、数学形态学处理：采用四种基本变换：腐蚀、膨胀、开运算和闭运算，形成图像的形态变换，从而达到图像分析和特征提取的目的。