[發明專利]一種基于圖像處理的圓錐滾子軸承端面識別系統及方法

有效

• 申請號: 201710163959.0
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106908444B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 徐少川;閻相伊;李健卓;徐思鴻
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G06V10/44
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

1.一種基于圖像處理的圓錐滾子軸承端面識別系統，其特征在于，包括數據采集控制卡、圖像處理系統、圖像采集單元；所述的圖像采集單元包括工業相機、工業鏡頭、機器視覺光源、可控相機支架；

所述的圖像處理系統為工控機，其通過USB接口方式與圖像采集單元中的工業相機相連接，通過RS232方式與數據采集控制卡相連接，數據采集控制卡還通過控制電纜連接現場的PLC控制系統；

所述的圖像處理系統通過數據采集控制卡接收到現場PLC的發送的軸承到位信號后，開始接收圖像采集單元采集的圖像信號，并將采集到的圖像通過圓錐滾子軸承端面識別方法檢測出軸承端面，最后將檢測結果-軸承正反端面信息和檢測完畢信號通過數據采集控制卡發送至PLC控制系統，PLC控制系統根據檢測結果決定是否控制翻面機構進行翻面。

2.根據權利要求1所述的一種基于圖像處理的圓錐滾子軸承端面識別系統，其特征在于，所述的圖像采集單元采用機器視覺光源提供穩定光照環境，采用工業鏡頭調整至最佳對焦位置，采用工業相機進行圖像采集，采用可控相機支架根據軸承型號的大小自動調整支架伸縮長度，使被測軸承圖像位于圖像中心位置。

3.根據權利要求1所述的一種基于圖像處理的圓錐滾子軸承端面識別系統，其特征在于，所述的圖像采集單元中的可控相機支架上安裝有步進電機，所述步進電機通過絲杠連接相機支架，通過控制電纜與現場PLC控制系統相連接，在軸承生產線上更換下一規格軸承時，PLC控制系統控制可控相機支架的步進電機，帶動可控相機支架前后移動，調節相機固定架的伸縮長度。所述的可控相機支架上還安裝有機器視覺光源的光源固定架，隨著可控相機支架的伸縮，將相機和光源調整到最佳采集位置，使被測軸承圖像位于圖像中心位置。

4.一種基于圖像處理的圓錐滾子軸承端面識別系統中的錐滾子軸承端面識別方法，其特征在于,包括如下步驟：

步驟一、圖像預處理：將采集到的圖像通過圖像裁剪、灰度處理、二值化處理得到圖像預處理效果；

為提高后續圖像處理速度，將軸承外圍圖像進行裁剪；將裁剪后的彩色圖像進行灰度處理；為增強軸承圖像信息對灰度圖像進行中值濾波降噪，突出軸承的邊沿信息；為方便提取軸承圖像特征信息，采用局部自適應閾值的方式對圖像做二值化處理，以最大程度保留軸承輪廓信息；

步驟二、特征信號分析與提取：精準確定軸承圓心和半徑；

為準確提取軸承圖像特征信號，需精準確定軸承圓心和半徑；以預處理后的二值圖像中心坐標點為搜索圓心，設置最大搜索半徑，形成搜索圓，從搜索圓上選取n個坐標點為搜索起始點，各自延搜索圓心方向搜索的第一個像素值突變點坐標設為(像素值由0變1的坐標點)，根據這n個像素值突變點的坐標，利用最小二乘法擬合求得軸承圓心(x_c,y_c)及圓心到軸承外圈的半徑R，則(x_c,y_c)和R之間的關系如式(1)所示；

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

進一步地，軸承定位后，確定了軸承圖像的圓心和半徑，對以軸承圓心為起始點向上下左右四個方向做像素值檢測；由于二值圖像中僅存在像素值為0和1的像素點，所以可以將檢測到的一維像素值數組轉化為波形圖(X軸為坐標點距離圓心長度，Y軸為像素值)；各方波下降沿對應的X軸坐標為所對應圓環的半徑長度；基于圓錐滾子軸承的結構特點，通常根據測得的圖像外圓半徑長度和次外圓半徑長度之差作為特征值，外圓半徑為R₁，次外圓半徑為R₂，設ΔR為特征值，ΔR計算方法為四個方向測得的R₁平均值與四個方向測得的R₂平均值之差；

步驟三、將測得的數據存入特征數據庫：如果所檢測的圓錐滾子軸承規格為第一次檢測的規格，則需要將此軸承的A面和B面分別進行上述步驟一和步驟二的檢測，并將測得的特征值ΔR_A和ΔR_B存入特征數據庫；并設定各規格軸承的A、B端面的特征范圍寫入特征庫，為待測軸承的端面判定提供特征值的所屬區間；如果所檢測的圓錐滾子軸承規格不是第一次檢測，特征值已經存在數據庫中，則跳過此步驟；

步驟四、端面判定：通過確認被測軸承的判定規格和尋找被測軸承所提取特征值的所屬區間，來判斷軸承A、B端面；

當軸承生產線上更換其他規格軸承時，從圖像處理系統的操作界面中選擇待測軸承規格，圖像處理系統通過確認被測軸承的判定規格和尋找被測軸承所提取特征值的所屬區間，來判斷軸承A、B端面，即：

then檢測端面為A面

then檢測端面為B面

其中P為待測軸承規格，P_i為圖像處理系統當前判定規格；分別是A面和B面特征值的最小值和最大值，ΔR為在線提取被測軸承的特征值。