[發明專利]一種自動檢測軸承滾動體缺失的裝置及檢測方法

在審

• 申請號: 201710998261.0
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107884413A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 郝勇;趙翔;溫欽華;商慶園
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種自動檢測軸承滾動體缺失的裝置，其特征在于：包括檢測平臺、CCD工業相機、白色同軸光源、背光光源、PC機、旋轉氣缸、光電開關，其中檢測平臺由底座、第一支架、第二支架構成，CCD工業相機安裝在第二支架上，用于對單個被檢測軸承實現正反面圖像的單幀和多幀采集，白色同軸光源安裝在第一支架上，背光光源放置在底座上，白色同軸光源和背光光源同時使用，使拍攝到的圖像的區分度(軸承與背景)更加明顯，在顯示出軸承輪廓的同時能夠很清晰的顯現出軸承的細節部分，旋轉氣缸安裝在底座上且處于背光光源正上方，旋轉氣缸的夾具在軸承兩側，使用旋轉氣缸實現單個軸承正反面的圖像采集，完成了軸承的全面檢測，光電開關安裝在底座上，通過光電開光控制待檢測軸承的放置，直到顯示在屏幕上的圖像達到最好的拍攝效果，CCD工業相機、白色同軸光源、背光光源、位于同一條垂直線上。

2.一種自動檢測軸承滾動體缺失的裝置，其特征在于：采用MATLAB程序驅動CCD工業相機對單個被檢測軸承實現正反面的單幀和多幀采集并對采集到的軸承圖像進行處理，從而實現對軸承滾動體遺漏缺陷的檢測。

3.根據權利要求2所述的自動檢測軸承滾動體缺失的裝置，其特征是：該裝置在使用CCD工業相機拍攝圖像的過程中，采用了雙光源照明系統即白色同軸光源和背光光源同時使用，這是為了使拍攝到的圖像的區分度(軸承與背景)更加明顯，在顯示出軸承輪廓的同時能夠很清晰的顯現出軸承的細節部分，該裝置使用光電開關控制每次只放置一個軸承在背光光源上進行檢測，同時使用旋轉氣缸實現單個軸承正反面的圖像采集，完成了軸承的全面檢測，對缺陷軸承的識別率更高。

4.根據權利要求2或3任意一項所述的自動檢測軸承滾動體缺失的裝置，其特征是：該裝置在圖像處理過程中運用到了Hough算法對軸承進行定位、極坐標展開算法對軸承進行歸一化處理、配合灰度化、二值化對軸承進行特征值的提取并與設置的標準進行對比，最終實現軸承滾動體缺漏缺陷的的檢測。

5.一種基于1-4任意一項權利要求所述自動檢測軸承滾動體缺失裝置的檢測方法，其特征在于：所述自動檢測軸承滾動體缺失裝置的檢測方法包括如下步驟：

a、控制光電開關將待測軸承放置在背光光源上，調節照明系統，在光照達到最優時利用CCD工業采集到軸承A面圖像，然后旋轉氣缸自動夾緊該軸承進行180度旋轉放置在背光光源上進行B面的檢測；待A、B面均檢測完畢之后，按下光電開關，將該軸承換下，送入下一個軸承進行檢測；

b、對上述圖像進行預處理、Hough圓算法定位、極坐標展開等處理，可以得到待檢測軸承的矩形展開圖；

c、對上述處理得到的軸承展開圖像進行二值化處理，將圖像顯示為簡單的黑白，這樣便于滾珠特征信息的提取及處理；

d、提取出軸承滾珠特征信息之后對其進行數據處理，判別該軸承是否存在滾珠缺失，若不存在則保留，否則剔除。

6.一種基于權利要求5所述自動檢測軸承滾動體缺失裝置的檢測方法，其特征在于：所述對上述圖像進行預處理、Hough圓算法定位、極坐標展開等處理，可以得到待檢測軸承的矩形展開圖，包括如下步驟：

b1、對采集到的軸承圖像進行預處理，其包括灰度處理和中值濾波；

灰度化處理是將彩色圖像轉化成為灰度圖像的過程；彩色圖像中的每個像素的顏色有R、G、B三個分量決定，而每個分量有255中值可取，這樣一個像素點可以有1600多萬(255*255*255)的顏色的變化范圍，而灰度圖像是R、G、B三個分量相同的一種特殊的彩色圖像，其一個像素點的變化范圍只有255種；

中值濾波方法：對一個數字信號序列x_j(-∞＜j＜+∞)進行濾波處理時，首先要定義一個長度為奇數的L長窗口，L＝2N+1，N為正整數；設在某一個時刻，窗口內的信號樣本為，其中x(i)為位于窗口中心的信號樣本值；對這L個信號樣本值按從小到大的順序排列后，其中值，在i處的樣值，便定義為中值濾波的輸出值，寫為y(i)＝Med[x(i-N),...,x(i+N)]；

b2、本發明采用Hough圓提取的方法對待檢測軸承進行了定位；圓形Hough變換的實現一般分為三步:累加器數組的計算、中心點的估計、最終所得圓半徑的估計；

一個在實際圓(實心圓圈)上的候選像素及其經過經典圓形Hough變換投票模式在其周圍投票產生的新的圓(虛線圓圈)；候選像素的投票結果是一個個的圓，它們的共同交點趨向于累加器數組對應的圓心；因此，通過檢測累加器數組的峰值可以估算出圓心；用同一個累加器數組檢測多個半徑值，一般用經典圓形Hough變換算法完成，通過該檢測算法發現圓的半徑估計必須作為一個單獨的步驟來進行；

b3、完成對軸承的定位之后，本發明選擇了對軸承進行極坐標展開處理來提取到滾珠缺失的特征信息。

沿Q的方向對內外環之間的圓周進行展開(Q是由沿圓環半徑方向上的一條射線與圓環的內外環交點的連線所確定的)，使其變成一條直線，以它作為參照，對內外半徑之間的圓環進行展開操作，得到矩形圖；取參照圓中的一點P(x,y)，R₁為內圓半徑，R₂為外圓半徑，圓的半徑R＝(R₁+R₂)/2，O(x₀+y₀)為所取參照圓的圓心；展開之后圖像的規格為W*H，其中H是矩形展開圖的高度(R₂-R₁)，W為矩形展開圖的寬度π(R₁+R₂)；點P(x,y)對應到展開圖像中的點為P₁(x₁,y₁)，展開圖像和原圖像中點P對應的點P₁的坐標值為：

X'＝X₀+sin(Radian*Δw+Direction+π/2)*(R₁+Δh)

Y'＝Y₀+cos(Radian*Δw+Direction+π/2)*(R₁+Δh)

其中，Radian＝arctan(step/R)，表示以參照圓半徑R為基準，step為圖像展開精度，設為1.0；Direction表示Q方向；π表示圓周率，大小為3.1415926；Δw為寬度增量；Δh為高度增量。