[发明专利]一种基于工业相机的工件尺寸在线检测与自动补偿方法

权利要求书

1.一种基于工业相机的工件尺寸在线检测与自动补偿方法，其特征在于：

该方法基于一种工件尺寸在线检测系统，该系统包括电源、驱动器、伺服电机、电机控制卡、传感器、待测工件、工控机、打印机和远程终端；

其中，工控机通过以太网连接远程终端，操作者通过远程终端控制工控机具体的工作；工控机通过串口连接打印机，打印机根据工控机的指令打印待测工件对应的标贴，以识别待测工件的ID；工控机还通过总线连接电机控制卡的输入端，该电机控制卡的输出端连接驱动器；一个电源的正极连接到伺服电机，电源的负极连接到驱动器，驱动器连接伺服电机的驱动轴；电源、驱动器和伺服电机形成一闭路；驱动器接受电机控制卡以及工控机的指令控制伺服电机的转动；伺服电机的转动能够带动位于待测工件检测位置的传感器进行从待命位置到检测位置的移动；传感器的信号输出端通过局域网连接到工控机，从而将测量数据传输给工控机；工控机能够通过以太网将上述测量数据传送到远程终端；工件尺寸在线检测系统，能够实现工件尺寸的在线检测；

所述基于工业相机的工件尺寸在线检测与自动补偿方法，包括：

首先采集图像信息进行在线动态检测，对检测结果进行多元数据融合与趋势分析并准确在线调整刀具的补偿值；具体包括：

第一步，基于工业相机的工件尺寸在线检测，包括：

需要通过工业相机采集图像信息，并进行图像算法分析处理获取图像处理结果与相应数据信息；

所述图像处理技术方案的算法分析的步骤包括：

(1)获取数据：利用工业相机将被测目标转换成图像信号，传送给图像处理系统进行数据处理，根据像素分布、亮度、颜色信息，转变成数字化信号；

(2)灰度转换：将获取的图像信号首先进行颜色空间转换，形成灰度图，使其画质进行改善、显示效果更加清晰；像素点的颜色用RGB(R，G，B)表示，其灰度计算Gray公式如下：

Gray＝R*0.299+G*0.587+B*0.114

(3)滤波去噪：对图像进行滤波以抑制目标图像的噪声并尽可能的保留图像原有的细节特征；根据图像与噪声类型选取中值滤波进行平滑预处理；用像素点邻域灰度值的中值来代替该像素点的灰度值，让周围的像素值接近真实的值从而消除孤立的噪声点；中值滤波公式为：g(x,y)＝med{f(x-k,y-l),(k,l∈W)}；其中，f(x,y)，g(x,y)分别为原始图像和处理后图像；W为二维模板，为3*3或5*5区域，

(4)亚像素边缘提取：

亚像素边缘提取适用于由多个像素点组成且满足一定分布特性的检测目标，通过多项式拟合分析、利用、识别，确定目标的准确位置；分析定位过程中，应用浮点运算技术，得到的精度高于整像素级；

结合测量工件的特点采用Zernike积分算子进行亚像素边缘提取；

用k表示灰度差、l表示原点到边缘的垂直距离、φ表示l和x轴的夹角，用Z'_n,m表示图像绕原点顺时针旋转φ角度后的Zernike矩，旋转后的图像f'(x,y)关于x轴对称，即质心落在x轴上，因此其一阶几何矩m_0,1满足

因为Z'_1,1的Zernike多项式为x+jy，由Zernike矩的定义式知，Z'_1,1的虚部也为0，用Re和Im分别表示实部和虚部，有：

Z'_1,1＝Z_1,1exp(-jφ)＝[Re(Z_1,1)+jIm(Z_1,1)][cos(φ)-jsin(φ)]＝Re(Z'_1,1)+jIm(Z'_1,1)

已知Im(Z'_1,1)＝0，故有Im(Z_1,1)cos(φ)-Re(Z_1,1)sin(φ)＝0

故而：

旋转后的Zernike矩：

则另外两个边缘参数：

相应的，原点坐标为(x,y)，垂点坐标为(x′,y′)，满足：

根据k和设定的阈值间的大小关系，确定垂点(x′,y′)是否作为最终的边缘点，l的取值范围的[-1,1]，边缘定位的精度是亚像素级的；

对于数字图像，Zernike矩的计算可以通过模板与图像的卷积实现，设模板大小为N×N，则在定位边缘点时应将l放大N/2倍：

取的模板大小为7×7，用7×7的均匀网格分割单位圆，记第i行第j列正方形区域为S_i,j，C为单位圆区域，则正方形对应的模板系数M_n,m(i,j)为：

(5)霍夫变换：利用图像全局特征将边缘像素连接起来组成区域封闭边界，它将图像空间转换到参数空间，在参数空间对点进行描述，达到检测图像边缘的目的；它是一种对被检测对象进行特征提取的技术，将所有可能落在边缘上的点进行统计计算，根据对数据的统计结果确定属于边缘的程度；

(6)边界绘制与可视化展示：对图像的数据处理算法结果进行可视化展示，将检测边界在原图上进行绘制；

第二步，测量数据的在线补偿

测量数据的在线补偿主要是在在线检测的基础之上，对零件的工艺信息进行标识；在工件检测合格后，下线之前会为每个检测合格的零件打上二维码或NFC标签，扫码或感应识别后便可得知其尺寸公差、加工工艺和生产日期信息；

在线补偿包括：OPC客户端从存放设计尺寸和实际检测尺寸的数据库取得尺寸数据，同时客户端会完成数据的比对，并通过OPC客户端经OPC服务器写入数控系统刀补变量所在的PLC地址中，在经过一定时间的数据积累之后，获取到某一特定系列刀具的磨损曲线和补偿策略。