[发明专利]一种基于图像处理的圆锥滚子轴承端面识别系统及方法

权利要求书

1.一种基于图像处理的圆锥滚子轴承端面识别系统，其特征在于，包括数据采集控制卡、图像处理系统、图像采集单元；所述的图像采集单元包括工业相机、工业镜头、机器视觉光源、可控相机支架；

所述的图像处理系统为工控机，其通过USB接口方式与图像采集单元中的工业相机相连接，通过RS232方式与数据采集控制卡相连接，数据采集控制卡还通过控制电缆连接现场的PLC控制系统；

所述的图像处理系统通过数据采集控制卡接收到现场PLC的发送的轴承到位信号后，开始接收图像采集单元采集的图像信号，并将采集到的图像通过圆锥滚子轴承端面识别方法检测出轴承端面，最后将检测结果-轴承正反端面信息和检测完毕信号通过数据采集控制卡发送至PLC控制系统，PLC控制系统根据检测结果决定是否控制翻面机构进行翻面。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的圆锥滚子轴承端面识别系统，其特征在于，所述的图像采集单元采用机器视觉光源提供稳定光照环境，采用工业镜头调整至最佳对焦位置，采用工业相机进行图像采集，采用可控相机支架根据轴承型号的大小自动调整支架伸缩长度，使被测轴承图像位于图像中心位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的圆锥滚子轴承端面识别系统，其特征在于，所述的图像采集单元中的可控相机支架上安装有步进电机，所述步进电机通过丝杠连接相机支架，通过控制电缆与现场PLC控制系统相连接，在轴承生产线上更换下一规格轴承时，PLC控制系统控制可控相机支架的步进电机，带动可控相机支架前后移动，调节相机固定架的伸缩长度。所述的可控相机支架上还安装有机器视觉光源的光源固定架，随着可控相机支架的伸缩，将相机和光源调整到最佳采集位置，使被测轴承图像位于图像中心位置。

4.一种基于图像处理的圆锥滚子轴承端面识别系统中的锥滚子轴承端面识别方法，其特征在于,包括如下步骤：

步骤一、图像预处理：将采集到的图像通过图像裁剪、灰度处理、二值化处理得到图像预处理效果；

为提高后续图像处理速度，将轴承外围图像进行裁剪；将裁剪后的彩色图像进行灰度处理；为增强轴承图像信息对灰度图像进行中值滤波降噪，突出轴承的边沿信息；为方便提取轴承图像特征信息，采用局部自适应阈值的方式对图像做二值化处理，以最大程度保留轴承轮廓信息；

步骤二、特征信号分析与提取：精准确定轴承圆心和半径；

为准确提取轴承图像特征信号，需精准确定轴承圆心和半径；以预处理后的二值图像中心坐标点为搜索圆心，设置最大搜索半径，形成搜索圆，从搜索圆上选取n个坐标点为搜索起始点，各自延搜索圆心方向搜索的第一个像素值突变点坐标设为(像素值由0变1的坐标点)，根据这n个像素值突变点的坐标，利用最小二乘法拟合求得轴承圆心(x_c,y_c)及圆心到轴承外圈的半径R，则(x_c,y_c)和R之间的关系如式(1)所示；

${(x_i^1-x_c)}^2+{(y_i^1-y_c)}^2=R---\left(1\right)$

进一步地，轴承定位后，确定了轴承图像的圆心和半径，对以轴承圆心为起始点向上下左右四个方向做像素值检测；由于二值图像中仅存在像素值为0和1的像素点，所以可以将检测到的一维像素值数组转化为波形图(X轴为坐标点距离圆心长度，Y轴为像素值)；各方波下降沿对应的X轴坐标为所对应圆环的半径长度；基于圆锥滚子轴承的结构特点，通常根据测得的图像外圆半径长度和次外圆半径长度之差作为特征值，外圆半径为R₁，次外圆半径为R₂，设ΔR为特征值，ΔR计算方法为四个方向测得的R₁平均值与四个方向测得的R₂平均值之差；

步骤三、将测得的数据存入特征数据库：如果所检测的圆锥滚子轴承规格为第一次检测的规格，则需要将此轴承的A面和B面分别进行上述步骤一和步骤二的检测，并将测得的特征值ΔR_A和ΔR_B存入特征数据库；并设定各规格轴承的A、B端面的特征范围写入特征库，为待测轴承的端面判定提供特征值的所属区间；如果所检测的圆锥滚子轴承规格不是第一次检测，特征值已经存在数据库中，则跳过此步骤；

步骤四、端面判定：通过确认被测轴承的判定规格和寻找被测轴承所提取特征值的所属区间，来判断轴承A、B端面；

当轴承生产线上更换其他规格轴承时，从图像处理系统的操作界面中选择待测轴承规格，图像处理系统通过确认被测轴承的判定规格和寻找被测轴承所提取特征值的所属区间，来判断轴承A、B端面，即：

then检测端面为A面

then检测端面为B面

其中P为待测轴承规格，P_i为图像处理系统当前判定规格；分别是A面和B面特征值的最小值和最大值，ΔR为在线提取被测轴承的特征值。