机械零件台阶位置的视觉检测

　　0　引言

　　台阶(如图1)是机械零件表面常见的形状,人工检测的方法易产生视觉疲劳,检测效率和精度都不高,重复性差。而传统的接触式测量方法,如接触式电感测头,虽然其结构简单、精度高、工作可靠,但传感器自身频率响应低、不适用于快速动态测量,同时接触式测量对工件表面有一定的损伤,从而影响测量精度。此外,对不同的形状的台阶,要选用不同的测头,当台阶尺寸过小时,接触式测头又无法使用。基于CCD的视觉检测技术[1-2],在保证测量精度的同时,使检测系统具有非接触、适应能力强、快速高效、柔性好、准确度高、操作简便和成本低等特点,可实现对多种形状的台阶位置的检测。

　　1　视觉检测系统的工作原理及组成

　　整个测量系统由线结构光激光器、CCD摄像机、图像采集卡组成。根据检测系统与被测工件相对位置要求,光源选用焦距为45mm的线结构光倾斜入射于工件表面上,CCD正面拍摄图片,如图2所示,两者之间夹角60°。其中,物体与摄像机之间的工作距离为30mm,激光器最前端与工件表面最前端相距45mm,线结构光激光器与CCD摄相机皆可在纵向位置移动,且在移动过程中保持激光器和摄像机的相对位置不发生改变[3]。

　　测量时,线结构光投射出的光平面与被测零件表面相交形成一条亮直线。该直线在台阶位置处会发生偏离,从而形成一条折线,折线的拐点处即为所要求的台阶位置。经实验验证,CCD轴线与线结构光的夹角越大,线结构光与工件表面相交直线在台阶位置处的偏离程度越大,台阶位置越明显,测量的准确度会大大提高,但要保证两者与工件之间的相对位置不变,测量机构也会越大。因此,在本测量系统中,采用前面所述的两者夹角60°的方案,在保证测量准确度的同时可使测量机构比较紧凑。

　　应用本视觉检测系统在被测工件的某一台阶位置处拍摄的图像如图3所示。

　　2　图像采集和数据处理过程

　　2.1　图像的预处理

　　图像的预处理是将含有噪声的灰度图像处理成适于特征提取的二值图像,并适当改善图像质量,以获得最佳的处理效果[4]。预处理步骤如下:

　　1)用3×3滤波器进行中值滤波,以滤除脉冲干扰及图像扫描噪声;2)用Robert边缘检测算子对图像进行边缘检测,再进行阈值分割,将光条与背景区别出来;3)图像经反色后进行细化处理,获得图像的外部特征。

　　图3所示图像经预处理后所得结果如图4。

　　2.2　台阶位置检测关键算法研究

　　在图像处理中,对台阶的高精度定位一般是利用抽取图像边缘后进行直线拟合求交点的方法。分别对台阶位置附近的两条边缘线上的边缘点进行最小二乘直线拟合[5-6],求得两直线方程的交点,就得到了亚像素级别的台阶位置。直线拟合模型为