[发明专利]一种基于机器视觉技术的球度测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉技术的球度测量装置，其特征在于，包括基座、置物台、背景箱、控制机构和图像采集机构；

所述基座包括支撑座、底座和轨道；所述底座底部安装有支撑座，底座顶部沿其四周安装有多层轨道；每层轨道的四个角均设有入口，用于滑轨安装及滑轨在每层轨道之间的切换；所述底座小于支撑座；

所述电源模块由电源及电源转换器构成；电源模块固定安装在控制盒中；所述电源正、负极与电源转换器输入端相连；

所述控制机构包括控制盒、步进电机、步进电机驱动器和单片机；所述单片机及步进电机驱动器安装在控制盒中；单片机、步进电机驱动器与所述电源转换器输出端连接，由电源模块供电；单片机与步进电机驱动器连接；步进电机驱动器与所述步进电机连接；单片机通过步进电机驱动器控制步进电机转动；

所述图像采集机构包括顶部相机、侧部相机和相机支架；所述相机支架通过滑轨安装在所述轨道中，相机支架能沿轨道滑动；相机支架由横架和竖架组成L型；所述横架上横向设有槽口；竖架上竖向设有槽口；所述顶部相机及侧部相机分别安装在横架和竖架上的槽口中，能沿槽口横向或竖向移动；

所述置物台包括置物架、置物座和LED灯带；所述置物架安装在底座顶部；所述置物架内部安装步进电机；置物座位于置物架顶部；所述置物座与步进电机输出轴同心连接；所述置物座顶部外缘沿其圆周均布多层圆形LED灯带一，每层LED灯带一均通过适配器调节光强及光色；置物座用于放置待测物体；

所述背景箱呈圆筒形；所述背景箱底部开口；所述背景箱用于将置物架罩住，使待测物体处于一个相对稳定光强的环境；背景箱顶部均布多层圆形LED灯带二；所述圆形LED灯带二和所述圆形LED灯带一的圆心位于上下同一中轴线上；背景箱顶部及侧面设有圆孔，顶部相机及侧部相机镜头的圆心分别与两个所述圆孔的圆心位于同一中轴线上；分别调节顶部相机和侧部相机在相机支架上的相对位置，使顶部相机和侧部相机镜头从背景箱的顶部和侧面分别伸入背景箱中。

2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉技术的球度测量装置，其特征在于，所述单片机、顶部相机、侧部相机和适配器分别通过数据传输线与计算机连接；顶部相机及侧部相机将拍摄的目标图像传送给计算机。

3.如权利要求1所述的一种基于机器视觉技术的球度测量装置，其特征在于，所述轨道、支撑座、置物座、置物架、步进电机和底座的中心点位于上下同一直线上。

4.如权利要求1所述的一种基于机器视觉技术的球度测量装置，其特征在于，所述置物座呈圆形。

5.利用权利要求1所述的球度测量装置进行球度测量的方法，其特征在于,步骤如下：

S1、环境调节：背景箱将置物架罩住，分别调节所述背景箱顶部和置物座上多层圆形LED灯带的适配器，使光照系统稳定，确保所述图像采集机构采集的图像稳定；

S2、图像采集：将待测物体放到置物座上，分别调节顶部相机和侧部相机在相机支架上的相对位置，使顶部相机和侧部相机镜头从背景箱的顶部和侧面分别伸入背景箱中，分别采集待测物体的图像，得到待测物体顶部图像和侧部图像；其中，单片机单次控制步进电机转动一次，侧面相机采集一次待测物体的侧面图像；多次转动，直至步进电机转动360°，待测物回到初始位置；共采集多张待测物体侧部图像和1张待测物顶部图像。

S3、图像灰度化：由所述图像处理模块将待测物图像转换成灰度值在0-255之间的灰度图像；

S4、中值滤波：采用中值滤波法降低待测物图像在采集过程中受到各种噪声源的干扰，同时保护图像边缘信息；

S5、指针扫描多阈值分割，运用指针扫描多阈值分割技术对滤波后的待测物图像进行分割，得到目标图像及背景图像(目标图像为只含有待测物的图像，其他图像为背景图像)；

S6、数据提取，在目标图像中，制作待测物体轮廓的外接矩形：以外接矩形的中心为圆心，中心距待测物体轮廓的最大像素值为半径作标准圆，进一步求出所有沿所述标准圆半径方向下，待测物体轮廓与标准圆之间的像素距离d_i(i代表1,2,3,4…N)；

S7、数据处理，求像素距离d_i的平均值μ及标准差σ，利用式CV＝σ/μ求得变异系数，利用变异系数评价第j张图片似球度，似球度S_j＝(1-CV)×100％，其中j为待测物体图像张数(j＝1,2,3…)，S_j的平均值为最终球度值；

标准差平均值

公式中：

d_i为外接矩形的中心与轮廓每个像素的距离与标准圆半径之差；所述i与像素有关，像素越大，i越多；N为d_i中，i所能取到的最大值；

CV为变异系数，S_j为似球度值，σ为像素距离d_i的标准差，μ为像素距离d_i的平均值。