本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺的工業(yè)元件形變檢測(cè)技術(shù)。
背景技術(shù)：
：隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也在不斷提高，響應(yīng)的對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的速度和準(zhǔn)確率也提出了更高的要求。已有的人工檢測(cè)方法因?yàn)闄z測(cè)分辨率低、質(zhì)量完全取決于操作人員的主觀判斷等缺點(diǎn)而無法滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。近年來，基于計(jì)算機(jī)視覺的工業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)因?yàn)槠錂z測(cè)精度高、檢測(cè)速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。變壓器是目前國(guó)民生產(chǎn)中不可缺少的一個(gè)元器件，而變壓器最核心的部分就是磁芯，磁芯的好壞直接決定變壓器的好壞。因此，在磁芯元件的生產(chǎn)過程中，需要對(duì)磁芯進(jìn)行出廠檢驗(yàn)：(1)磁芯元件尺寸的測(cè)量，根據(jù)尺寸的大小對(duì)磁材進(jìn)行分類；(2)磁芯元件的形變檢測(cè)，要求磁芯不能有過大的變形；(3)磁芯元件表面缺陷的檢測(cè)，要求表面不能有瑕疵。當(dāng)磁芯元件出現(xiàn)形變后，磁芯就會(huì)在尺寸測(cè)量時(shí)錯(cuò)誤地分到其他尺寸類別中。同時(shí)，形變也會(huì)對(duì)磁芯元件的裝配產(chǎn)生影響。兩個(gè)磁芯元件無法緊密地組合在一起，磁芯間會(huì)出現(xiàn)不平整的空氣層，就會(huì)出現(xiàn)漏磁現(xiàn)象。漏磁會(huì)導(dǎo)致變壓器使用過程中出線大量的能量損耗，也會(huì)嚴(yán)重影響變壓器的使用壽命。因此，對(duì)磁芯形變的檢測(cè)是出廠檢驗(yàn)過程中非常重要的一環(huán)。在實(shí)際檢測(cè)過程中，磁芯可能會(huì)出現(xiàn)非剛性形變，這使得傳統(tǒng)的基于剛性模型的匹配算法不再適用。對(duì)于這一情況，往往使用一種基于更加靈活的形狀模型(ASM)的匹配算法，這種算法更加適用于形狀不定的磁芯。然而，大量的研究表明，現(xiàn)有技術(shù)仍然存在許多問題：(1)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)不準(zhǔn)確的初始化敏感，對(duì)待測(cè)區(qū)域進(jìn)行分割時(shí)，無法得到正確的分割結(jié)果；(2)在遇到一些檢測(cè)干擾時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)沒有足夠的魯棒性和快速性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的工業(yè)磁芯元件形變檢測(cè)技術(shù)存在對(duì)初始化敏感，以及魯棒性差的問題，提出了一種基于機(jī)器視覺的工業(yè)磁芯元件的形變檢測(cè)方法。本發(fā)明所述的一種基于機(jī)器視覺的工業(yè)磁芯元件的形變檢測(cè)方法是基于單平臺(tái)多任務(wù)自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，所述單平臺(tái)多任務(wù)自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)采用兩個(gè)高清攝像頭同時(shí)采集工業(yè)磁芯元件的表面圖像，其中一個(gè)高清攝像頭用于采集工業(yè)磁芯元件的正面圖片，另一個(gè)高清攝像頭為遠(yuǎn)心鏡頭相機(jī)，用來采集工業(yè)磁芯元件的側(cè)面圖像；所述方法包括如下步驟：步驟一、系統(tǒng)初始化，當(dāng)待測(cè)工業(yè)磁芯元件在傳送過程中觸發(fā)紅外傳感器時(shí)，使用遠(yuǎn)心鏡頭相機(jī)采集一張待測(cè)工業(yè)磁芯元件側(cè)面的圖像，所采集的圖像的大小為1280×1024個(gè)像素；步驟二、使用Sobel算子對(duì)步驟一中采集到的圖像進(jìn)行進(jìn)行邊緣檢測(cè)，以進(jìn)行待測(cè)區(qū)域的分割，使用形態(tài)學(xué)方法對(duì)檢測(cè)到的邊緣圖像進(jìn)行膨脹，并根據(jù)8連通規(guī)則對(duì)該圖像去除干擾，然后使用模板匹配的方法確定待測(cè)工業(yè)磁芯元件的中心位置，對(duì)待測(cè)工業(yè)磁芯元件區(qū)域進(jìn)行圖像裁剪，得到感興趣區(qū)域；步驟三、對(duì)步驟二得到的待測(cè)工業(yè)磁芯元件的感興趣區(qū)域的最左和最右兩個(gè)邊緣進(jìn)行邊緣檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果采用高斯微分濾波器進(jìn)行濾波，對(duì)濾波結(jié)果進(jìn)行二值化處理，對(duì)二值化處理結(jié)果使用形態(tài)學(xué)方法進(jìn)行膨脹，并結(jié)合8連通規(guī)則去除干擾點(diǎn)；對(duì)去除干擾點(diǎn)后的二值邊緣圖像使用改進(jìn)的最小二乘法進(jìn)行擬合，計(jì)算最左和最右兩個(gè)邊緣的擬合直線的角度差；步驟四、根據(jù)步驟三得到的角度差的大小對(duì)待測(cè)工業(yè)磁芯元件的形狀進(jìn)行判斷，如果右邊緣的角度與左邊緣的角度之差在合格范圍內(nèi)，則認(rèn)為該待測(cè)工業(yè)磁芯元件是合格品；否則，認(rèn)為該待測(cè)工業(yè)磁芯元件是不合格產(chǎn)品。上述方法可以應(yīng)用到工業(yè)產(chǎn)品的自動(dòng)生產(chǎn)和監(jiān)測(cè)中，去除掉生產(chǎn)的形變比較大的產(chǎn)品，保證形變都控制在合理的范圍內(nèi)，不影響產(chǎn)品正常使用，具有魯棒性強(qiáng)、檢測(cè)速度快、檢測(cè)效率高的優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1為實(shí)施方式一中的單平臺(tái)多任務(wù)自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)的原理圖2為實(shí)施方式一所述方法的流程圖；圖3為實(shí)施方式二中的I0；圖4為實(shí)施方式二中的IT；圖5為實(shí)施方式二中的邊緣圖像圖6為實(shí)施方式二中的邊緣圖像圖7為實(shí)施方式二中使用形態(tài)學(xué)方法對(duì)進(jìn)行膨脹后得到的圖像；圖8為實(shí)施方式二中的圖9為實(shí)施方式二中的圖10為實(shí)施方式二中的Ic；圖11為實(shí)施方式二中步驟二的流程圖；圖12為實(shí)施方式三中的左邊緣和右邊緣的感興趣區(qū)域，其中a表示左邊緣的感興趣區(qū)域，b表示右邊緣的感興趣區(qū)域；圖13為實(shí)施方式三中的二值化結(jié)果，其中a表示左邊緣的二值化結(jié)果，b表示右邊緣的二值化結(jié)果；圖14為實(shí)施方式三中的二值圖像和其中a表示b表示圖15為實(shí)施方式三中步驟三的流程圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種基于機(jī)器視覺的工業(yè)磁芯元件的形變檢測(cè)方法是基于單平臺(tái)多任務(wù)自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，所述單平臺(tái)多任務(wù)自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)采用兩個(gè)高清攝像頭同時(shí)采集工業(yè)磁芯元件的表面圖像，其中一個(gè)高清攝像頭用于采集工業(yè)磁芯元件的正面圖片，另一個(gè)高清攝像頭為遠(yuǎn)心鏡頭相機(jī)，用來采集工業(yè)磁芯元件的側(cè)面圖像；所述方法如圖2所示(以E型磁材為例)，包括如下步驟：步驟一、系統(tǒng)初始化，當(dāng)待測(cè)工業(yè)磁芯元件在傳送過程中觸發(fā)紅外傳感器時(shí)，使用遠(yuǎn)心鏡頭相機(jī)采集一張待測(cè)工業(yè)磁芯元件側(cè)面的圖像，所采集的圖像的大小為1280×1024個(gè)像素，如圖3所示；步驟二、對(duì)步驟一中采集到的圖像進(jìn)行待測(cè)區(qū)域的分割，使用模板匹配的方法確定待測(cè)工業(yè)磁芯元件的中心位置，對(duì)待測(cè)工業(yè)磁芯元件區(qū)域進(jìn)行圖像裁剪，得到感興趣區(qū)域；具體步驟見流程圖2。步驟三、對(duì)步驟二得到的待測(cè)工業(yè)磁芯元件的感興趣區(qū)域的最左和最右兩個(gè)邊緣進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到二值邊緣圖像；對(duì)所述二值邊緣圖像使用改進(jìn)的最小二乘法進(jìn)行擬合，計(jì)算最左和最右兩個(gè)邊緣的擬合直線的角度差；該具體步驟見流程圖3。步驟四、根據(jù)步驟三得到的角度差的大小對(duì)待測(cè)工業(yè)磁芯元件的形狀進(jìn)行判斷，如果右邊緣的角度與左邊緣的角度之差小于3°且大于-1°，則認(rèn)為該待測(cè)工業(yè)磁芯元件是合格品；否則，認(rèn)為該待測(cè)工業(yè)磁芯元件是不合格產(chǎn)品。如果所述角度之差大于3°，則認(rèn)為該待測(cè)工業(yè)磁芯元件存在外張形變問題；如果所述角度之差小于-1°，則認(rèn)為該待測(cè)工業(yè)磁芯元件存在內(nèi)縮形變問題。不論外張形變和內(nèi)縮形變，系統(tǒng)都將該磁材認(rèn)定為不合格產(chǎn)品，作不合格處理。圖1是工業(yè)磁芯元件檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。伺服機(jī)構(gòu)1確保所有待測(cè)工業(yè)磁芯元件都整齊地排列。傳送皮帶2驅(qū)動(dòng)元件依次向前運(yùn)動(dòng)。一旦元件移動(dòng)到相機(jī)3的視野中，第一個(gè)傳感器41就會(huì)觸發(fā)兩個(gè)相機(jī)3進(jìn)行圖像采集，接著觸發(fā)工控機(jī)和控制電路板5進(jìn)行尺寸測(cè)量、缺陷檢測(cè)和形變檢測(cè)。根據(jù)圖像處理的結(jié)果，將磁芯元件分為A、B、C、D和E五類，其中E對(duì)應(yīng)的是不合格磁芯元件。相應(yīng)的，一共有五個(gè)通道的卸料平臺(tái)6，每個(gè)卸料平臺(tái)6存儲(chǔ)一類元件。在元件通過第二個(gè)傳感器42后，當(dāng)目標(biāo)通道到達(dá)時(shí)，該元件被一個(gè)液壓機(jī)械手7推到卸料平臺(tái)6上?？梢钥吹?，這是一個(gè)單平臺(tái)多任務(wù)自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)。為了能同時(shí)對(duì)工業(yè)磁芯元件進(jìn)行正面部分的測(cè)量、缺陷檢測(cè)和側(cè)面部分的形狀檢測(cè)。我們?cè)O(shè)計(jì)使用了兩個(gè)攝像頭對(duì)齊同時(shí)檢測(cè)的系統(tǒng)。第一個(gè)高清攝像頭正對(duì)著磁芯元件，采集元件的正面圖片，此圖片用來進(jìn)行元件尺寸測(cè)量和缺陷檢測(cè)。而第二個(gè)攝像頭是用來采集元件側(cè)面圖像，進(jìn)行側(cè)面的畸變檢測(cè)。由于和伺服機(jī)構(gòu)位置的沖突，是不可能正對(duì)著元件側(cè)面的，而是斜對(duì)著元件側(cè)面的。眾所周知的，在這種情況下使用通常的攝像頭采集圖像容易發(fā)生透視失真的現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題，我們使用了遠(yuǎn)心鏡頭來采集側(cè)面圖像。即便磁芯元件側(cè)面每個(gè)部分和攝像頭有不同的距離，使用遠(yuǎn)心鏡頭都能按照恒定的縮放比例顯示在圖像中，使得不論相機(jī)是怎么樣的視角、元件是怎么樣的朝向，都能保持元件的形狀失真度非常小。本實(shí)施方式所述的檢測(cè)方法，對(duì)于保證檢測(cè)精度、穩(wěn)定性和速度上，都有重要的意義，其優(yōu)點(diǎn)主要在于針對(duì)各種情形設(shè)計(jì)了多種去除干擾點(diǎn)的方法：對(duì)于Sobel算子檢測(cè)結(jié)果，使用形態(tài)學(xué)膨脹和最大連通域的方法；對(duì)于高斯微分檢測(cè)出的結(jié)果，使用形態(tài)學(xué)膨脹以及去除小占比連通域的方法去除部分的干擾點(diǎn)，再使用改進(jìn)的最小二乘法在進(jìn)行直線擬合的同時(shí)去除掉剩余的干擾點(diǎn)。這些方法大大增強(qiáng)了檢測(cè)方法的穩(wěn)定性，并且該方法對(duì)初始化不敏感，提高了檢測(cè)方法的精度和魯棒性。具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖2至圖11說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述方法的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，步驟二具體包括如下步驟：步驟二一、讀取步驟一采集到的待測(cè)工業(yè)磁芯元件側(cè)面圖像I0，如圖3所示，讀取模板圖像IT，如圖4所示；步驟二二、由于使用模板匹配定位是一個(gè)比較耗時(shí)的過程，而且步驟二總體來說是一個(gè)粗定位的過程，因此對(duì)待測(cè)工業(yè)磁芯元件的側(cè)面圖像I0和模板圖像IT縮小至1/k，k的優(yōu)選值為5，縮小后的側(cè)面圖像和模板圖像分別為和構(gòu)建高斯濾波器G，對(duì)和分別進(jìn)行濾波，去除圖像中的噪聲，高斯濾波器G的優(yōu)選矩陣為0.0030.0130.0220.0130.0030.0130.0600.0980.0600.0130.0220.0980.1620.0980.0220.0130.0600.0980.0600.0130.0030.0130.0220.0130.003]]>在對(duì)工業(yè)磁芯元件進(jìn)行定位和旋轉(zhuǎn)前進(jìn)行了縮小圖像的處理方法，能夠大大減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)，加快計(jì)算速度，提高檢測(cè)效率。使用Sobel算子對(duì)高斯濾波后的兩個(gè)圖像分別進(jìn)行邊緣檢測(cè)，Sobel算子的二值化閾值的優(yōu)選值為20，分別得到邊緣圖像和如圖5和6所示；步驟二三、在步驟二二中得到的邊緣圖像有時(shí)候會(huì)包含一些干擾點(diǎn)，這些干擾點(diǎn)對(duì)后面的元件中心的估計(jì)可能會(huì)產(chǎn)生較大的影響。因此，我們需要判斷哪些是干擾點(diǎn)，并去除掉這些干擾點(diǎn)。一般情況下，磁芯元件的邊緣是互相連在一起的，或者只存在一些斷點(diǎn)，而干擾點(diǎn)一般是離元件本身比較遠(yuǎn)。因此我們先使用形態(tài)學(xué)方法對(duì)進(jìn)行膨脹，得到如圖7所示的圖像。那么，我們可以看到元件邊緣線都連通在一起，而干擾點(diǎn)是不與元件邊緣連通的。而且元件邊緣連通的區(qū)域中包含的像素點(diǎn)是最多的。我們根據(jù)8連通規(guī)則，統(tǒng)計(jì)膨脹后的圖像中的連通區(qū)域，選取最大的連通區(qū)域作為待測(cè)磁芯元件的邊緣區(qū)域，其余的連通區(qū)域作為無效區(qū)域全部去除，所得圖像如圖8所示，記為二值化圖像的白色區(qū)域?qū)?yīng)的值為1，黑色區(qū)域?qū)?yīng)的是0。因此，我們對(duì)與進(jìn)行“與”操作，得到?jīng)]有干擾的邊緣圖像如圖9所示；步驟二四、使用作卷積核，對(duì)作卷積操作，卷積結(jié)果中值最大的元素所對(duì)應(yīng)的像素即為待測(cè)工業(yè)磁芯元件中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的大致位置，記為其中為中的縱向坐標(biāo)，為中的橫向坐標(biāo)，由于是I0縮小至1/k后的圖像，因此可以得到在原始圖像I0中待測(cè)工業(yè)磁芯元件的中心坐標(biāo)的大致位置步驟二五、模板圖像IT的高和寬[HTWT]是已知量，考慮到磁芯元件中心檢測(cè)過程中有可能會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，因此在裁剪掉Io中無效區(qū)域的時(shí)候留有一定的裕量，待測(cè)工業(yè)元件側(cè)面部分位于上邊緣max(mx-0.75HT,1)、下邊緣min(mx-0.75HT,1024)、左邊緣max(my-0.55WT,1)和右邊緣max(my+0.55WT,1280)所圍成的區(qū)域內(nèi)，min()和max()代表了取最小和取最大函數(shù)，將上下左右邊緣所圍成的區(qū)域劃分出來作為感興趣區(qū)域，其余部分作為無效部分去除，得到的圖像記為Ic，如圖10所示。具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一和二所述方法的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，在實(shí)施步驟三中具體包括如下步驟：步驟三一、還是以E型磁芯為例，選取左邊緣和右邊緣的感興趣區(qū)域，具體方法為：Ic的尺寸為[HcWc]，即Ic的縱向長(zhǎng)度為Hc，Ic的橫向長(zhǎng)度為Wc，左邊緣的感興趣區(qū)域在橫坐標(biāo)1和0.3Wc之間，右邊緣的感興趣區(qū)域在橫坐標(biāo)0.7Wc和Wc之間，左右邊緣的感興趣區(qū)域如圖12所示；步驟三二、選取高斯微分濾波器對(duì)左右邊緣的感興趣區(qū)域進(jìn)行濾波，高斯微分濾波器是指對(duì)高斯函數(shù)取一次導(dǎo)數(shù)得到的濾波器，該濾波器在進(jìn)行邊緣檢測(cè)的同時(shí)也同時(shí)進(jìn)行高斯平滑的操作，對(duì)檢測(cè)過程中容易出現(xiàn)的高頻噪聲有良好的抑制作用。在邊緣檢測(cè)過程中，我們主要檢測(cè)的是最左邊緣和最右邊緣，因此選用的是橫向高斯微分濾波器，所述橫向高斯微分濾波器選擇為：[0.180.380.570.550.24-0.24-0.55-0.57-0.38-0.18]使用該橫向高斯微分濾波器對(duì)左、右邊緣的感興趣區(qū)域分別進(jìn)行濾波，得到的結(jié)果分別為DL和DR；步驟三三、對(duì)左邊緣感興趣區(qū)域的濾波結(jié)果DL的每個(gè)像素值進(jìn)行降序排序處理，選取第30％的像素值(假設(shè)共有10個(gè)像素，將這10個(gè)像素值按降序進(jìn)行排序，那么排在第3位像素值就是第30％的像素值)作為閾值對(duì)DL進(jìn)行二值化處理，大于該閾值的位置取1，小于該閾值的位置取為0，得到二值化結(jié)果BL；對(duì)右邊緣感興趣區(qū)域的濾波結(jié)果DR的每個(gè)像素值進(jìn)行升序排序處理，選取第30％的像素值作為閾值對(duì)DR進(jìn)行二值化處理，大于該閾值的位置取1，小于該閾值的位置取為0，得到二值化結(jié)果BR，二值化結(jié)果如圖13所示；步驟三四、在BL和BR，有可能會(huì)檢測(cè)出一些干擾點(diǎn)，這些干擾點(diǎn)會(huì)影響到接下來的步驟。先使用形態(tài)學(xué)方法對(duì)BL和BR進(jìn)行膨脹。然后根據(jù)8連通規(guī)則，統(tǒng)計(jì)圖像中的連通區(qū)域，計(jì)算每個(gè)連通區(qū)域內(nèi)的像素?cái)?shù)量,值得注意的是，這里和步驟二三是不一樣的，邊緣檢測(cè)結(jié)果有可能是斷續(xù)的。因此，不能用最大連通區(qū)域的準(zhǔn)則來判斷是否是最左、最右邊緣對(duì)應(yīng)的邊緣圖像。這里，我們估計(jì)每一個(gè)連通區(qū)域的像素?cái)?shù)量，然后計(jì)算BL的總像素?cái)?shù)量和BR的總像素?cái)?shù)量。像素?cái)?shù)量占對(duì)應(yīng)的總像素?cái)?shù)量的比例小于0.4％的連通區(qū)域認(rèn)為是干擾點(diǎn)，去除掉該區(qū)域內(nèi)的像素，得到去除部分干擾點(diǎn)的二值邊緣圖像和如圖14所示；步驟三五、使用改進(jìn)的最小二乘法，對(duì)左右兩邊緣分別進(jìn)行直線擬合，分別得到擬合后的直線和假設(shè)二值圖像中像素值為1的對(duì)應(yīng)位置為使用最小二乘法進(jìn)行直線擬合，得到直線方程如其中由于在步驟三四中，只有部分干擾點(diǎn)被去除，還可能存在一些干擾點(diǎn)影響系統(tǒng)直線擬合過程。因此，我們對(duì)最小二乘法進(jìn)行改進(jìn)，將代入到擬合后的直線方程，得到計(jì)算擬合后的估計(jì)值和實(shí)際值之間的差異如果則認(rèn)為沒有干擾點(diǎn)，擬合過程結(jié)束，為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的第一閾值。如果則認(rèn)為存在干擾點(diǎn)，此時(shí)需要對(duì)進(jìn)行升序排序，選取第90％的值為第二閾值t，如果則刪除否則，則保留利用保留下的像素位置重新進(jìn)行直線擬合，即重復(fù)上述過程，直到為止。這樣擬合出的直線不會(huì)受到干擾點(diǎn)的影響。右邊緣操作擬合與左邊緣擬合方法是一致的，可以得到最終擬合直線選取步驟三六、計(jì)算擬合后的直線的斜率，即其中arctan是反正切函數(shù)?？紤]到反正切函數(shù)的取值問題，我們?cè)O(shè)定如果θL<0，則θL＝θL+180°，如果θR<0，則θR＝θR+180°。然后計(jì)算兩個(gè)邊緣斜率之差即角度差θ＝θR-θL。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3