基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法

本发明涉及冲压件检测，具体涉及一种基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法。

背景技术：

1、冲压件是当代金属零件制作的重要工艺部分，冲孔更是冲压件制作的一大要素，在现实生产中，由于生产仪器的误差、人为误差等因素，造成圆孔形状改变或者位置偏移等问题。当前，工厂大多采用抽检方式进行检测，此方法精准度低且耗时较长，效率较低。而随着近些年机器视觉在此方面上的不断应用，大大便捷和完善了冲压件圆孔形变检测的环节。

2、国内的机器视觉检测研究起步比较晚，从20世纪末正式得到重视。经过近几十年的发展，已经取得不错的成果。为能准确检测金属工件的边缘，研究人员运用金属工件表面在不同光照强度下的灰度图像得到表面法向的方法，结合膨胀腐蚀和最小二乘法提取并拟合特征边缘，从而得到被测物体的边缘。针对图像目标形变提取方面的问题，提出了基于图像差分，结合正负差值的缺陷分割方案，能够快速且准确的排除背景干扰实现缺陷提取和检测。轮廓提取是形变检测最重要的步骤，其受到的主要瓶颈有：光照影响导致没有合适的算子可以快速且有效的筛选出边缘、边缘过于复杂以及搜索匹配速率较低，比如基于滑动窗口式的搜索，随机获取点像素的检测算法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法，该方法有利于提高冲压件圆孔定位及形变检测的准确度和效率。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法，包括以下步骤：

3、步骤1、采集冲压件的图像，并对图像进行预处理；

4、步骤2、运用ostu阈值分割算法提取冲压件整体目标，再将图像转化为二值化图像；

5、步骤3、通过亚像素边缘检测提取冲压件所有边缘像素，然后进行亚像素直线边缘拟合和亚像素曲线边缘拟合，获取所有的直线、椭圆、圆三个类型的轮廓边缘，筛选出两侧边缘轮廓直线，并且筛选出所有圆形轮廓边缘，并计算圆心坐标；

6、步骤4、分别计算每个圆心到两侧边缘直线距离，判断圆孔位置是否发生偏移；

7、步骤5、计算各个圆心到圆边缘轮廓各点距离，选择最大值和最小值进行比较，两者之差超过设定的范围则判定为发生形变。

8、进一步地，步骤1中，对冲压件的图像进行预处理，第一步是对图像进行灰度转换，第二步是对图像中值滤波进行降噪处理。

9、进一步地，步骤3中，通过基于矩的亚像素边缘检测方法来进行亚像素边缘检测，所述基于矩的亚像素边缘检测方法通过假设图像中实际边缘分布与理想阶跃边缘模型的灰度保持一致，相当于它的矩不变，来确定实际边缘的位置；

10、一维理想阶跃边缘由多个具有灰度h1和h2的像素连接的，h1和h2为两个呈阶跃分布的像素灰度值，其阶跃点设为k，实际点像素点为分布于h1和h2值上下的像素值，理想边缘为由h1和h2两个灰度值构成的像素集合；并且边缘位置k和边缘两侧灰度值h1、h2共同决定理想边缘；一维理想边缘函数表示为：

11、e1(x)＝(h1-h2)μ(x-k)+h1    (1)

12、其中，e1(x)表示理想边缘，μ表示阶跃函数；

13、通过一维前三阶实际和理想的灰度矩加上h1、h2灰度值像素的占比和等于1得出边缘的位置：

14、

15、其中，n表示总像素点数，p1表示灰度值为h1的像素点占总像素点n的百分比；

16、假设实际像素的灰度值由单调序列gj，j＝1,2,…,n构成，且序列从像素位置开始；

17、所述基于矩的亚像素边缘检测方法通过拟合灰度值来得到高精度的边缘位置，其前提是在检测前明确被测物体的特性，才能运用相应的拟合算法进行边缘拟合。

18、进一步地，在亚像素边缘检测的基础上，通过最小二乘法进行亚像素直线边缘拟合：

19、在像素边缘的基础上，直线轮廓是一组向量，将这组向量进行最小二乘线性回归，设回归方程为：

20、y′＝k0+klx    (3)

21、其中，y’表示回归方程函数值，k0和k1表示回归方程的两个待求系数；设yi为测量点的值，i为像素点序号，当yi和y′i的距离达到最小时，便是实际测量值的位置；再结合极值理论有：

22、

23、

24、得到k0和k1，即拟合直线。

25、进一步地，在亚像素边缘检测的基础上，通过二次曲线拟合的方法进行亚像素曲线边缘拟合：

26、设二次曲线函数为f(x)＝ax2+bx+c，用最小二乘法算出二次曲线函数的系数，从而拟合得到f(x)，这便是使函数的均方误差最小的系数；得到矩阵的方程组为bc＝y；

27、

28、对上式求解即得到二次曲线函数f(x)中的系数；将f(x)求一阶导数，并且令f′(x)＝0，找到曲线的极大值即为边缘点的坐标；同样运用二次曲线拟合的方法得到边缘点的y方向上的坐标。

29、进一步地，步骤3中，筛选轮廓边缘中最长的两条直线，即为冲压件两侧边缘；找出冲压件两侧边缘之后，通过坐标算子分别提取出两直线两端的坐标，用直线的两端坐标与圆心坐标进行计算获得圆心到一条边缘的距离，同理计算出圆心到另一条边缘的距离；设定一个偏移阈值，如果圆心到两边的距离之差超过偏移阈值，则判定圆孔位置发生偏移。

30、进一步地，所述偏移阈值为两边之间距离的1/150。

31、进一步地，步骤3中，依次计算圆心到各边缘点的距离并形成数组，计算公式如下：

32、

33、其中，row和colum分别表示圆心的横、纵坐标，row1和colum1分别表示边缘各点的横、纵坐标；

34、在数组中选择最大值和最小值进行比较，如果两者之差超过设定的形变阈值，则判定发生形变。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法，该方法通过提取冲压件图像的亚像素边缘来进行圆孔位置偏移及形变的判定，提高了冲压件形变检测的准确度和效率，减少了人工干预，降低了生产成本，具有很强的实用性和广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法，其特征在于，步骤1中，对冲压件的图像进行预处理，第一步是对图像进行灰度转换，第二步是对图像中值滤波进行降噪处理。

3.根据权利要求1所述的基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法，其特征在于，步骤3中，通过基于矩的亚像素边缘检测方法来进行亚像素边缘检测，所述基于矩的亚像素边缘检测方法通过假设图像中实际边缘分布与理想阶跃边缘模型的灰度保持一致，相当于它的矩不变，来确定实际边缘的位置；

4.根据权利要求3所述的基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法，其特征在于，在亚像素边缘检测的基础上，通过最小二乘法进行亚像素直线边缘拟合：

5.根据权利要求3所述的基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法，其特征在于，在亚像素边缘检测的基础上，通过二次曲线拟合的方法进行亚像素曲线边缘拟合：

6.根据权利要求1所述的基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法，其特征在于，步骤3中，筛选轮廓边缘中最长的两条直线，即为冲压件两侧边缘；找出冲压件两侧边缘之后，通过坐标算子分别提取出两直线两端的坐标，用直线的两端坐标与圆心坐标进行计算获得圆心到一条边缘的距离，同理计算出圆心到另一条边缘的距离；设定一个偏移阈值，如果圆心到两边的距离之差超过偏移阈值，则判定圆孔位置发生偏移。

7.根据权利要求6所述的基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法，其特征在于，所述偏移阈值为两边之间距离的1/150。

8.根据权利要求1所述的基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法，其特征在于，步骤3中，依次计算圆心到各边缘点的距离并形成数组，计算公式如下：

技术总结
本发明涉及一种基于亚像素边缘提取的冲压件圆孔定位及形变检测方法，包括：1、采集冲压件的图像并进行预处理；2、运用OSTU阈值分割算法提取冲压件整体目标，再将图像转化为二值化图像；3、通过亚像素边缘检测提取冲压件所有边缘像素，然后进行亚像素直线边缘拟合和亚像素曲线边缘拟合，获取所有的直线、椭圆、圆三个类型的轮廓边缘，筛选出两侧边缘轮廓直线以及所有圆形轮廓边缘，并计算圆心坐标；4、分别计算每个圆心到两侧边缘直线距离，判断圆孔位置是否发生偏移；5、计算各个圆心到圆边缘轮廓各点距离，选择最大值和最小值进行比较，两者之差超过设定的范围则判定为发生形变。该方法有利于提高冲压件圆孔定位及形变检测的准确度和效率。

技术研发人员：廖一鹏,王崑赋,严欣
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14