基于機(jī)器視覺(jué)的鑄件內(nèi)螺紋孔金屬碎屑的檢測(cè)方法

摘要：隨著現(xiàn)在的智能化程度要求越來(lái)越高，對(duì)機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)方法也出現(xiàn)了更多的挑戰(zhàn)。在內(nèi)壁檢測(cè)方面受內(nèi)螺紋的影響，直接采用閾值分析的方法對(duì)圖像進(jìn)行檢測(cè)很難得到想要的結(jié)果，針對(duì)這種情況，本文提出了通過(guò)使用極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法，再對(duì)圖像進(jìn)行分析的一種基于機(jī)器視覺(jué)的鑄件內(nèi)螺紋孔金屬碎屑的檢測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué);內(nèi)螺紋孔;碎屑檢測(cè);halcon

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.41;U279?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1672-9129（2020）12-0043-01

在精密機(jī)械組裝工業(yè)生產(chǎn)線，很多地方都有將螺絲或螺栓安裝到螺紋孔的需求。對(duì)于安裝孔的定位可以通過(guò)機(jī)器視覺(jué)很容易定位到安裝孔的中心位置，[1]機(jī)械手眼標(biāo)定，然后通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，進(jìn)行定位;將螺釘或螺栓旋擰到螺紋孔內(nèi)完成組裝可以通過(guò)機(jī)械手配備安裝扭矩扳手，[2]采用整體預(yù)緊式并聯(lián)六維力傳感器作為其力覺(jué)感知機(jī)構(gòu)，構(gòu)建柔性裝配系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組裝這個(gè)過(guò)程。但是組裝前大多數(shù)仍然需要人工握持照明設(shè)備通過(guò)人眼檢測(cè)螺紋孔是否干凈。人眼看內(nèi)螺紋孔是否有油污或者金屬碎屑，如果有金屬碎屑，需要人工用刷子清除干凈以后才能組裝，否則會(huì)影響組裝后的機(jī)械功能。

1 選取鏡頭、光源和相機(jī)

本文采用內(nèi)窺鏡錐形鏡頭，這種鏡頭用于拍攝內(nèi)壁底部及其垂直內(nèi)壁，可從外部檢測(cè)內(nèi)部，無(wú)需將鏡頭置入孔洞內(nèi)部，即可拍攝。適合測(cè)量物直徑范圍為：5mm-120mm，測(cè)量高度為：5mm-123mm。這種鏡頭的好處是可以將采集到的內(nèi)螺紋孔圖像沿徑向拉伸，一些小的瑕疵也會(huì)被拉伸，有利于檢測(cè)。在本文中采用200萬(wàn)像素的分辨率，焦距2.8mm，相面規(guī)格1/2.5"的內(nèi)窺鏡錐形鏡頭。光源采用內(nèi)徑50mm，外徑120mm，功率8w，的環(huán)形可調(diào)白光光源。相機(jī)采用邁德威視500像素的CS口的黑白工業(yè)相機(jī)。將光源、相機(jī)中心位于螺紋孔中心的正上方的位置進(jìn)行拍攝。調(diào)節(jié)好光源的亮度及鏡頭焦距開(kāi)始拍攝。

2 計(jì)算出需要檢測(cè)的環(huán)形區(qū)域并進(jìn)行檢測(cè)

本文采用的開(kāi)發(fā)環(huán)境為halcon19.11，步驟如下。

步驟1：定位大圓;

fit_circle_contour_xld（SelectedContours1， 'algebraic'， -1， 0， 0， 3， 2， Row， Column， Radius1，StartPhi1， EndPhi1， PointOrder1）

gen_circle_contour_xld（ContCircle1， Row， Column， Radius1， 0， 6.28318， 'positive'， 1）

gen_circle（Circle1， Row， Column， Radius1）

步驟2：根據(jù)檢測(cè)直徑，計(jì)算出小圓;

gen_circle（Circle2， Row， Column， Radius1-120）

步驟3：大圓減去小圓獲得環(huán)形區(qū)域，如圖（2）中藍(lán)色環(huán)形區(qū)域;

difference（ImageReduced1， ImageReduced2， RegionDifference）

步驟4：極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化;

polar_trans_image_ext （ImageReduced2， ImagePolar， Row， Column， 0， rad（360）， Radius1 -120， Radius1， 2592， 120， 'nearest_neighbor'）

步驟5：圖像分析，從方向上檢測(cè)變化值較大的區(qū)域;

mean_image（ImageROI，ImageMean2，15，15）

dyn_threshold（ImageROI， ImageMean2， RegionDynThresh2， 7， 'light'）

步驟6：通過(guò)面積值篩選出金屬碎屑所在區(qū)域，本文最佳范圍為150以上;

select_shape（ConnectedRegions2， SelectedRegions2， 'area'， 'and'， 150， 99999）

步驟7：擬合輪廓并進(jìn)行顯示。

fit_circle_contour_xld （Contours2， 'algebraic'， -1， 0， 0， 3， 2， Row2， Column2，Radius3，StartPhi2， EndPhi2， PointOrder2）

gen_circle_contour_xld （ContEllipse， Row2， Column2，? Radius3， StartPhi2， EndPhi2，'positive'， 1）

檢測(cè)完成，本文系統(tǒng)可以檢測(cè)出直徑1.2mm左右的金屬碎屑。

3 結(jié)語(yǔ)

本檢測(cè)方法的關(guān)鍵為步驟3，步驟3中采用極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化的方法將環(huán)形區(qū)域轉(zhuǎn)化成矩形，將環(huán)形的螺紋線轉(zhuǎn)化成近似直線，然后就可以進(jìn)行通用的圖像分析手段。本文中由于受螺紋的影響，不能直接通過(guò)檢測(cè)的閾值分析，本文采用的方法是檢測(cè)矩形橫向上閾值變化差異大的地方，選擇合適的閾值即可將顏色過(guò)深或過(guò)亮的位置篩選出來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉家豐. 基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)器人本體裝配研究與應(yīng)用[D].

[2]吳遙. 基于六維力傳感器的柔順裝配理論與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 燕山大學(xué).

[3]陳陽(yáng)光， 王磊. 基于HALCON的機(jī)器人視覺(jué)標(biāo)定[J]. 光學(xué)儀器， 2016， 38（4）：320-324.

[4]王亞鵬. 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中鏡頭的選用技巧[J]. 自動(dòng)化博覽， 2006， 23（1）：29-31.

作者簡(jiǎn)介：孫紅芳（1988.2—），女，漢族，河北唐山人，本科，助理工程師，研究方向：機(jī)器視覺(jué)。