一种ABS齿圈端面缺陷检测系统及方法与流程

本发明涉及一种零件表面缺陷检测系统，特别涉及一种适用于abs齿圈端面缺陷检测系统。

背景技术：

制动防抱死(abs)系统是车辆最基本的安全系统，轮速传感器齿圈是abs系统中的核心零部件，其质量的好坏直接影响了abs系统能否正常工作。因此，为了防止不合格的轮速传感器齿圈投入到汽车生产中，提高车辆安全性能，各齿圈生产厂家都设置了产品出厂检测环节。但目前仍然采用人工目测的方法，该方法在待检齿圈数量较大的情况时，容易引起费时费力误差大等问题。

为了迎合工业智能生产，智能车间，机器换人的大趋势，设计一种能检测abs齿圈端面缺陷，且检测速度更快，检测成功率更高，经济效益性更强的检测系统尤为重要。

技术实现要素：

针对应用领域的需求和背景技术的不足，本发明的目的在于设计一种利用机器视觉原理对abs齿圈端面进行缺陷检测同时判断合格性的检测系统。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明主要包括视觉检测装置机箱、缺陷检测结果指示灯、图像采集装置、铝型材支架、齿圈旋转台、显示屏、工控机、工作台。

所述的视觉检测装置机箱仅留有一面开放操作，其他面均已封闭固定，机箱正面上方装有三个缺陷检测指示灯。

所述的缺陷检测指示灯主要由三种不同颜色的led灯组成，分别为采集指示灯、合格与不合格指示灯。

所述的图像采集装置与齿圈旋转台置于视觉检测装置机箱内部，且图像采集装置位于齿圈旋转台上方。

所述的铝型材支架由三根铝型材构成，铝型材之间由角铁和t型螺丝连接，可实现铝型材的上下移动。

所述的工控机带有千兆网卡接口以及图像处理在线检测软件，工控机及显示屏位于视觉检测装置机箱外；显示屏主要负责图像采集以及缺陷检测结果图像、数据的显示；工控机上的在线检测软件主要负责控制相机图像采集、实验数据保存、发送控制齿圈旋转台启停信号、根据齿圈端面缺陷检测算法识别abs齿圈端面缺陷并进行合格性判断，同时能将采集状态、判断合格性结果通过点亮视觉检测机箱上的指示灯进行反馈。

进一步说，所述的图像采集装置主要由工业面阵ccd相机、镜头以及两个条形光源组成；工业面阵ccd相机与相机固定板相连，并在相机固定板上装有t型螺丝可供相机前后移动，且工业面阵ccd相机与镜头始终垂直于齿圈表面；两个条形光源分别与光源固定架相连，光源固定架可实现任意角度旋转，两个条形光源在光源固定架两侧以一定角度对射的形式将光束汇聚于abs齿圈端面上，同时，光源固定架与铝型材通过光源固定板相连，且可以通过调整t型螺丝实现条形光源整体沿左右方向平移。

进一步说，所述的齿圈旋转台主要由电动旋转台、齿圈齿套、伺服电机、减速机组成；齿圈齿套可根据不同型号的齿圈进行替换；伺服电机与减速机共同控制电动旋转台带动齿圈可至少旋转一圈以上。

进一步说，所述的缺陷检测算法主要分为两部分：图像预处理算法与缺陷识别算法；图像预处理算法主要具有降低图像数据冗余程度、去除图像噪点以及图像摆正的功能；缺陷识别算法主要根据齿圈端面连通域内的像素数占比与水平方向上像素数之和两个指标区分齿圈端面缺陷。

进一步说，所述的图像预处理算法主要原理为：首先对图像采集到的原始图像srcimg采用自适应otsu二值化方法进行处理得到二值化图像threshimg；再对二值化图像threshimg采用5×5窗口的中值滤波处理，得到滤波后的图像filtimg；然后将滤波后的图像filtimg进行轮廓检测处理，对各齿圈端面图像求取最小外接矩形；最后利用各最小外接矩形的倾角anglei(i＝1,2,3,…,n)通过图像旋转的方式对齿圈端面图像进行摆正，其中，需要对每一个倾角进行判断，若倾角anglei小于-45°时，则需要对倾角anglei进行修正，即：

anglei＝anglei+90(1)

进一步说，所述的缺陷识别算法主要原理为：在缺陷识别算法中，首先计算通过图像摆正后各连通域最小外接矩形内实际像素数占比ratioi(i＝1,2,3,…,n)，若像素数占比ratioi小于阈值ratiothresh，则判定齿圈端面连通域内存在完全掉齿缺陷，并在原图像中标记出缺陷位置，同时给出“不合格”的信息提示；否则再逐行计算各连通域内像素沿水平方向上的累加值rowsumi(i＝1,2,3,…,n)，若某一行的像素累加值rowsumi小于阈值sumthresh时，则判定齿圈端面连通域内存在中部齿面磨损缺陷，并在原图像中标记处缺陷位置，同时给出“不合格”的信息提示；否则判断齿圈端面没有缺陷，同时给出“合格”的信息提示。

与背景技术相比，本发明的增益效果为：

1.本发明实现了abs齿圈端面缺陷的识别分类，采用机器视觉的技术，用机器代替人眼，节省了大量的人力财力，提高了检测速度与检测成功率。

2.本发明采用t型螺丝固定三根铝型材以及相机光源固定板，可实现相机与光源位置在水平方向上的自由移动，便于适应不同类型的齿圈端面检测。

3.本发明采用电动旋转台带动齿圈旋转进行端面检测，代替了人工手动操作方式，提高了检测效率。

附图说明

图1是本发明检测系统示意图。

图2是本发明视觉检测机箱内部示意图。

图3是本发明检测流程图。

图4是本发明在线检测软件功能图。

图5是本发明齿圈端面图像预处理算法流程图。

图6是本发明图像采集初始图像。

图7是本发明齿圈端面缺陷识别算法流程图。

图8是本发明完全掉齿缺陷识别结果图像。

图9是本发明中部齿端面磨损缺陷识别结果图像。

具体实施方式

如图1所示，地面上放置工作台8，显示器6、工控机7、视觉检测装置机箱1置于工作台8上；缺陷检测指示灯2位于视觉检测装置机箱1正面上方，缺陷指示灯2一共有三个，分别是采集指示灯、合格指示灯、不合格指示灯；图像采集装置3、铝型材支架4、齿圈旋转台5位于视觉检测装置机箱1内部，图像采集装置3固定在铝型材支架4上，三根铝型材通过t型螺丝相连，松动t型螺丝可上下调节铝型材的位置，齿圈旋转台5位于图像采集装置3的正下方。

如图2所示，工业面阵ccd相机与镜头11固定在相机固定板10上，相机固定板10通过两个t型螺丝9与铝型材相连，可以通过松动两个t型螺丝来移动相机图像采集的位置；两个条形光源固定在光源固定架13上，光源固定架可调整条形光源光线出射的角度，使两侧条形光源12发出的光汇聚于齿圈端面上，光源固定架中通过两个t型螺丝固定于铝型材上，可松动两个t型螺丝来移动光源固定架调节光源照射位置；齿圈齿套14位于电动旋转台15的上方，齿圈齿套14可根据实际检测abs齿圈的大小进行拆卸更换，电动旋转台15由减速机16与伺服电机17共同控制，减速机16与伺服电机17共同控制电动旋转台15至少能旋转一圈以上。

如图3所示，整个装置检测流程为：在装置开始检测前，进行设备初始化准备，准备完毕后，齿圈放入齿圈齿套14上，点击在线检测软件进行检测，每当齿圈拖台带动齿圈旋转一定角度后，位于齿圈上方的工业面阵ccd相机与镜头11便开始采集齿圈局部表面图像，将相机采集到的图像数据通过采集卡和pci接口向上位机传输，上位机通过检测算法进行检测，将对应结果返回，然后由软件界面实时更新判断齿圈合格性的检测结果以及显示并保存局部齿圈表面图像，在局部齿圈表面图像上标记出缺陷位置，同时，返回的结果使得装置上相应的结果指示灯2亮起。每次对齿圈局部图像检测完成后都判定一次待检齿圈是否旋转完一圈，若已旋转完成一圈则结束当前检测，准备下一个齿圈的检测；若还未旋转完一圈则继续旋转齿圈，采集下一幅齿圈局部表面图像进行检测，直至整个齿圈检测完成。

如图4所示，本装置的上位机在线检测软件主要包含六个功能模块：初始化参数设置模块、控制电机模块、图像采集模块、缺陷检测模块、图像数据显示模块、实验数据与结果存储模块；其中，初始化参数设置模块中可对相机采集速率、电机转速以及齿圈转台旋转角度进行设置；控制电机模块中主要是进行上位机与下位机的信号通信，即上位机发送齿圈旋转台启停信号控制伺服电机与减速机使能带动待检齿圈旋转；图像采集模块中可以控制工业面阵ccd相机开启或停止图像采集；缺陷检测模块中可以根据缺陷检测算法对待检齿圈局部图像进行检测识别缺陷，进而判断待检齿圈的合格性；图像数据显示模块中可以将工业面阵ccd相机采集到的原始图像与经过缺陷检测算法检测识别后的结果图像显示在上位机在线软件中；实验数据与结果存储模块中可以将实验数据以及结果保存到相应路径中，方便后续调用查看检测情况。

本装置上位机在线检测软件中缺陷检测算法主要分为两部分：图像预处理算法与缺陷识别算法；图像预处理算法如图5所示，在图像预处理算法中首先先对图像采集到的原始图像srcimg采用自适应otsu二值化方法进行处理得到二值化图像threshimg，通过相机采集到的局部齿圈端面原始图像如图6所示；再对二值化图像threshimg采用5×5窗口的中值滤波处理，得到滤波后的图像filtimg；然后将滤波后的图像filtimg进行轮廓检测处理，对各齿圈端面图像求取最小外接矩形；最后利用各最小外接矩形的倾角anglei(i＝1,2,3,…,n)通过图像旋转的方式对齿圈端面图像进行摆正，其中，需要对每一个倾角进行判断，若倾角anglei小于-45°时，则需要对倾角anglei进行修正，即：

anglei＝anglei+90(1)

缺陷识别算法流程图如图7所示，在缺陷识别算法中，首先计算通过图像摆正后各连通域最小外接矩形内实际像素数占比ratioi(i＝1,2,3,…,n)，若像素数占比ratioi小于阈值ratiothresh，则判定齿圈端面连通域内存在完全掉齿缺陷，并在原图像中标记出缺陷位置，同时给出“不合格”的信息提示，缺陷识别结果如图8所示；否则再逐行计算各连通域内像素沿水平方向上的累加值rowsumi(i＝1,2,3,…,n)，若某一行的像素累加值rowsumi小于阈值sumthresh时，则判定齿圈端面连通域内存在中部齿面磨损缺陷，并在原图像中标记处缺陷位置，同时给出“不合格”的信息提示，缺陷识别结果如图9所示；否则判断齿圈端面没有缺陷，同时给出“合格”的信息提示。

至此，实现了abs齿圈端面缺陷检测，即成。