[发明专利]一种基于机器视觉的活塞角向测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉的活塞角向测量系统，其特征在于，包括：工控机、工业相机、光源、变焦镜头、控制平台、图像采集模块、运动控制模块、图像处理模块、算法模块；所述工业相机将模拟图像转换为数字图像；所述光源位于活塞检测位置两侧；所述变焦镜头垂直朝向活塞表面，位于活塞检测位的正上方；所述图像采集模块电性连接所述的工业相机与工控机；所述运动控制模块电性连接控制平台与运动控制模块；所述图像处理模块优化算法模块所需数据；所述算法模块运行算法并反馈给工控机结果。

2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量系统，其特征在于：所述工控机用于接收图像，计算图像处理模块数据和计算算法模块数据；所述计算图像处理模块数据过程为：将灰度图像转化为二值图像；对二值图像进行高斯滤波平滑处理；对经过高斯滤波平滑处理过后的图像进行数字形态学操作运算；所述计算基于圆拟合的活塞角向测量方法数据过程为：构造所有边缘点坐标集合，公式为：

其中，s₁以及s₂分别为Sobel算子的3×3的沿水平和垂直方向卷积核,A为原图像；I_x与I_y分别为图像沿着水平方向，垂直方向计算出的梯度，I为归一化结果；将得到的边缘坐标点记为(x_i,y_i),i∈O,O为边缘坐标点集合；计算边缘点坐标集合对于圆心、半径的影响，公式为：

其中，e_i为拟合误差，(x_i,y_i)为边缘点坐标，Q为平方和函数，(a,b)为圆心，r为半径；筛选拟合结果，具体为：工业相机的分辨率以及视野大小来换算出像素与毫米之间的等价关系，通过拟合目标半径r设定范围筛选拟合结果；计算并输出角向，公式为：

若满足条件1:k＝0且u0，则角向θ为90°；若满足条件2，k＝0且u0，则角向θ为-90°；若满足于条件3，k0且u＝0，则角向θ为0°；若满足条件4，k0且u＝0，则角向θ为180°。若不满足以上条件，则角向θ用以下公式决定:

其中，(t,w)为活塞表面小孔拟合圆的圆心坐标，(T,W)为活塞表面内轮廓拟合圆的圆心坐标。

3.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量系统，其特征在于：所述工业相机为CMOS面阵相机。

4.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量系统，其特征在于：所述光源为红外条形光源。

5.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量系统，其特征在于：所述运动控制平台包括：夹爪、机械臂，所述夹爪朝向活塞背面，所述机械臂位于活塞检测位的一旁。

6.一种基于机器视觉的活塞角向测量方法，用于配合权力1-5任一项所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量系统，其特征在于，包括:

S1、对图像进行边缘检测，构造所有边缘点坐标集合；

S2、计算边缘点坐标集合对于圆心、半径的影响；

S3、筛选拟合结果；

S4、计算并输出角向。

7.如权利要求6所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量方法，其特征在于，所述对图像进行边缘检测，构造所有边缘点坐标集合公式为：

其中，s₁以及s₂分别为Sobel算子的3×3的沿水平和垂直方向卷积核,A(M_i,N_i)为原图像；I_x与I_y分别为图像沿着水平方向，垂直方向计算出的梯度，I为归一化结果。将得到的边缘坐标点记为(x_i,y_i),i∈O,O为边缘坐标点集合。