一種基於三維立體建模的螺紋檢測方法及系統的製作方法

2023-11-04 03:01:22

一種基於三維立體建模的螺紋檢測方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種基於三維立體建模的螺紋檢測方法及系統，對被檢測的螺紋進行旋轉拍攝，獲取螺紋各個旋轉角度的圖像，然後對圖像進行裁剪提取螺紋檢測區域並進行預處理，擬合螺紋中心軸線，獲得螺紋中心軸線的位置，根據螺紋所有旋轉角度的預處理結果恢復出螺紋的表面三維立體圖，最後對表面三維立體圖進行分析，判斷螺紋尺寸和形狀是否合格。本發明技術方案提供的三維立體建模的螺紋檢測系統，能夠完成對高精度螺紋質量的檢測，從而實現了高精度螺紋質量簡單、快速、精準的檢測，更好的觀察到螺紋缺陷的位置。
【專利說明】一種基於三維立體建模的螺紋檢測方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於自動檢測【技術領域】，尤其涉及基於三維立體建模的螺紋檢測方法及系統。
【背景技術】
[0002]目前市場上高精度螺紋質量檢測的主要方法是螺紋環規或塞規、用螺紋千分尺測量、用齒厚遊標卡尺測量、三針測量法、雙針測量法。這些檢測方法雖然檢測精度高，但檢測效率低下，勞動強度大，不能快速對高精度螺紋質量進行有效的控制。有專家提出配合軟體檢測的技術，參見圖2，包括系統啟動，系統控制上料，軟體系統控制相機拍攝一張螺紋圖像，對拍攝所得螺紋圖像進行圖像二值化、濾波、膨脹、提取輪廓，然後判斷螺紋牙數是否缺失，螺紋大徑、小徑尺寸誤差是否在誤差範圍內，對螺紋牙數缺失或誤差超出範圍的情況報警剔除不合格產品，螺栓進入下一工位，對下一螺栓進行同樣處理。但是，這種檢測基於對螺紋拍攝的平面圖像，只能局部檢測，容易發生漏檢。因此，需要一種簡單、快速、高效的技術方案來完成螺紋質量的檢測工作。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是提供一種基於三維立體建模的螺紋檢測方法及系統。
[0004]本發明的技術方案為一種基於三維立體建模的螺紋檢測方法，對被檢測的螺紋進行旋轉拍攝，獲取螺紋各個旋轉角度的圖像，然後對圖像進行裁剪提取螺紋檢測區域並進行預處理，擬合螺紋中心軸線，獲得螺紋中心軸線的位置，根據螺紋所有旋轉角度的預處理結果恢復出螺紋的表面三維立體圖，最後對表面三維立體圖進行分析，判斷螺紋尺寸和形狀是否合格。
[0005]而且，對表面三維立體圖進行分析的實現方式為，判斷螺紋的表面三維立體圖上每個三維坐標點相對螺紋中心軸線距離，與預存的標準模型進行對比，若存在比較結果不是在合理誤差範圍內的屬於缺陷位置。
[0006]而且，將判斷所得不合格的缺陷位置標記並輸出顯示。
[0007]而且，對被檢測的螺紋進行旋轉拍攝時，設每次旋轉改變的角度為α，螺紋各個旋轉角度的圖像共η幅，ηX ct = 360。
[0008]本發明還提供了上述基於三維立體建模的螺紋檢測方法採用的螺紋檢測系統,包括電機驅動器1、上位機2、LED平板光源3、旋轉平臺4、伺服電機6和工業相機7，上位機2、電機驅動器1、伺服電機6和旋轉平臺4依次連接，上位機2和工業相機7連接，被檢測螺紋5置於旋轉平臺4上。
[0009]本發明首創了對螺紋的曲面成像立體檢測，支持自動對螺紋圖像進行處理分析，完成對螺紋的立體復原，全面且動態地顯示出缺陷位置，並給出直觀的結果。該方法無損、簡單、快速、精準，對目前高精度螺紋檢測具有獨特的優勢，可適用於各種規格的螺栓檢測；所檢測的螺紋精度能達到0.1_，被檢測螺紋直徑最小能達到l(Tl00mm。本發明還提供了相應檢測儀器，該儀器可通過旋轉掃描圖像獲取螺紋三維立體坐標參數。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發明實施例的裝置結構圖。
[0011]圖2為現有螺紋檢測方法流程圖。
[0012]圖3為本發明實施例的檢測流程圖。
[0013]【具體實施方式】
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
[0014]實施例所提供的基於三維立體建模的高精度螺紋檢測方法，通過LED平板光源、工業相機、旋轉平臺對螺紋進行無損、快速的掃描，獲取螺紋各個旋轉角度的圖像，然後經上位機(計算機)對圖像進行裁剪，及二值化，腐蝕，濾波等預處理操作處理，獲取螺紋的坐標參數，跟據螺紋每一個角度的圖像預處理結果恢復出螺紋的表面三維立體圖，然後對立體圖像進行分析，將被檢測物體與標準模型進行對比，分析螺紋的大徑和小徑尺寸是否在誤差範圍內，判斷出螺紋尺寸和形狀是否合格，將不合格的缺陷位置標記出來(例如用紅色顯示)，使缺陷更加直觀並 對缺陷位置數據顯示和保存。
[0015]實施例所使用基於三維立體建模的高精度螺紋檢測系統，主要包括LED平板光源、工業相機、旋轉平臺。參見圖1，檢測系統包括電機驅動器1，上位機2，LED平板光源3，旋轉平臺4，伺服電機6和工業相機7，上位機2、電機驅動器1、伺服電機6和旋轉平臺4依次連接，上位機2和工業相機7連接。上位機2可採用工控計算機，旋轉平臺4置於工業相機7和LED平板光源3之間，被檢測螺紋5放置於旋轉平臺4上，一般可將被檢測螺紋5的中心軸線與旋轉平臺4旋轉中心重合。檢測系統主要負責螺紋的三維掃描，當進行檢測時，為了提高圖像中螺紋輪廓的對比度，首先開啟LED平板光源3作為背景光源，上位機2開始控制工業相機7拍照，每拍攝一張照片，上位機2向電機驅動器I發出信號，驅動伺服電機6運行，帶動旋轉平臺4轉動一定的角度，然後再次拍照，直到旋轉平臺4旋轉一周，所有的圖片採集完畢，然後交由上位機2進行圖像處理。
[0016]具體實施時，本領域技術人員可在上位機2中採用計算機軟體方式實現圖像處理流程的自動運行。圖像處理流程主要將採集到的圖片進行裁剪、二值化、腐蝕、濾波等預處理操作，根據螺紋每一個角度的圖像恢復出螺紋的表面三維立體圖，然後對立體圖像進行分析，判斷螺紋尺寸和形狀是否合格，將不合格位置用紅色標記出來，使缺陷更加直觀並對缺陷位置數據顯示和保存。
[0017]參見圖3，為便於實施參考起見，提供具體測試的工作過程說明如下:
步驟1:首先開啟LED平板光源，打開上位機，調整好相機的焦距和亮度，從上位機發出控制信號開始檢測，相機拍攝一幅圖片，然後上位機通過伺服電機控制多功能機器視覺旋轉平臺旋轉一定角度α (α可由本領域技術人員根據精度需要預設，一般取0.1度度左右，分度越小模型表面越平滑)，再次拍攝一幅圖片，直到旋轉角度總和達到360度，回到原位置，檢測所需的圖片都已經拍攝完成，不需要在原位置重複拍照。設拍攝所得圖片數目記為η，即滿足ηΧα = 360度時拍攝完成。例如取α為I度，在O度、I度、2度…359度各拍攝一幅圖片。
[0018]步驟2:上位機對所拍攝的圖片進行裁剪，具體實施時可根據被檢測螺紋尺寸對裁剪區域參數進行預先設置，以便裁剪提取螺紋檢測區域，然後對提取的螺紋檢測區域進行二值化、腐蝕、濾波、提取輪廓等預處理操作，擬合螺紋中心軸線，獲得螺紋中心軸線的位置。具體實施時裁剪、預處理、擬合操作具體實現可採用現有技術，本發明不予贅述。然後跟據螺紋每一個角度的圖片預處理結果恢復出螺紋的表面三維立體圖，獲得螺紋表面每個點的坐標參數，即得到螺紋三維立體模型。可對表面三維立體圖進行分析，判斷螺紋尺寸和形狀是否合格，將不合格的缺陷位置用紅色標記出來，使缺陷更加直觀。實施例採用的分析方法為，判斷螺紋的表面三維立體圖上每個三維坐標點相對螺紋中心軸線距離，與標準模型進行對比，若存在比較結果不是在合理誤差範圍內，將相應缺陷位置在螺紋三維立體模型上標記出來。具體實施時，螺紋的標準模型可預先保存在上位機中或由本領域技術人員自行建立，可預存多種規格螺紋的標準模型，在分析時進行相應調用即可。
[0019]步驟3:將螺紋三維立體模型通過上位機的顯示屏輸出顯示，具體實施時可支持用戶滑鼠點擊三維顯示區域，可以縮放、旋轉、移動螺紋三維立體模型，以便動態地向用戶展示缺陷位置。對缺陷位置的數據可以進行保存。對當前被檢測螺紋執行上述工作流程後，系統可待機等待更換待檢測螺紋，按以上流程進行下一次檢測。
[0020]本發明的上述實例僅僅為說明本發明實現，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術範圍內，都可輕易想到其變化和替換，因此本發明保護範圍都應涵蓋在由權利要求書所限定的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種基於三維立體建模的螺紋檢測方法，其特徵在於:對被檢測的螺紋進行旋轉拍攝，獲取螺紋各個旋轉角度的圖像，然後對圖像進行裁剪提取螺紋檢測區域並進行預處理，擬合螺紋中心軸線，獲得螺紋中心軸線的位置，根據螺紋所有旋轉角度的預處理結果恢復出螺紋的表面三維立體圖，最後對表面三維立體圖進行分析，判斷螺紋尺寸和形狀是否合格。
2.根據權利要求1所述基於三維立體建模的高精度螺紋檢測方法，其特徵在於:對表面三維立體圖進行分析的實現方式為，判斷螺紋的表面三維立體圖上每個三維坐標點相對螺紋中心軸線距離，與預存的標準模型進行對比，若存在比較結果不是在合理誤差範圍內的屬於缺陷位置。
3.根據權利要求2所述基於三維立體建模的高精度螺紋檢測方法，其特徵在於:將判斷所得不合格的缺陷位置標記並輸出顯示。
4.根據權利要求1所述基於三維立體建模的高精度螺紋檢測方法，其特徵在於:對被檢測的螺紋進行旋轉拍攝時，設每次旋轉改變的角度為α，螺紋各個旋轉角度的圖像共η巾畐，ηΧ α = 360。
5.一種根據權利要求1或2或3或4所述基於三維立體建模的螺紋檢測方法採用的螺紋檢測系統，其特徵在於:包括電機驅動器(I)、上位機(2)、LED平板光源(3)、旋轉平臺(4)、伺服電機(6)和工業相機(7)，上位機(2)、電機驅動器(I)、伺服電機(6)和旋轉平臺(4)依次連接，上位機(2)和工業相機(7)連接，被檢測螺紋(5)置於旋轉平臺(4)上。
【文檔編號】G01B11/24GK103528523SQ201310543253
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】何濤, 吳慶華, 王正家, 謝宇浪, 陳久印, 王心怡 申請人:湖北工業大學