高壓天然氣瓶球狀瓶口ccd打標缺陷檢測方法

2023-07-10 04:12:26 2

專利名稱：高壓天然氣瓶球狀瓶口ccd打標缺陷檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓天然氣瓶球狀瓶口 CCD打標缺陷檢測方法，用於氣動標記打 印機打標缺陷領域的檢測。
背景技術：
由國家標準規定在鋼瓶上列印的字符包括有出廠檢驗標記、製造廠代號、鋼瓶的 壁厚、容積、編號、水壓實驗壓力以及出廠日期等共三十多個字符，分布在鋼瓶肩部範圍的 球面上，且按三排排列。有些參數可以固定不變，如廠標。而有些字符如編號、壓力，每個鋼 瓶均不相同。又有一些字符對於一批零件可以是相同的，如出廠日期等。每支氣瓶鍛造成 型的外形尺寸和設計尺寸相差很大，尤其薄壁圓筒件旋轉橢球面型衝壓縮口過程中產生大 量的鍛造缺陷和氧化皮剝落等缺陷。如果嚴格按照理論設計的外形尺寸供給數控系統進行 加工，容易產生在缺陷位置打標、打標不清晰等缺陷。參考國內外高壓天然氣瓶氣動打標機 的製造廠商，如加拿大的伊斯沃公司、上海的子林機電設備有限公司，重慶的恆偉公司、沈 陽飛捷機電科技有限公司所生產的氣動打標機均為開環系統，對打標缺陷均採用手工打磨 的方式，效率低下。丹東華日理學電氣公司所申請的實用新型專利——線掃描式X射線實 時成像檢測系統缺陷打標器，通過X射線進行掃描探傷，當檢測工件缺陷，利用實時成像系 統進行軟體計算，控制系統發出控制脈衝到驅動器，驅動電機轉動，從而帶動氣動打標筆移 動到缺陷位置上方，自動彈起標記筆頭在工件上打上標記點，標記缺陷位置。具有結構簡 單、定位精度高、適用性強的優點。但是X射線對人體有傷害，並且還要建造鉛房來進行工 作，這種鉛房造價非常高，同時它的其它配套儀器設備價格非常昂貴，不能適應大批量生產 需要。採用CCD攝像頭，與工件不接觸，並且CCD傳感器佔地面積小，價格低，維護方便，直 接從CCD採集圖像中獲取打標缺陷。

發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種高壓天然氣瓶球狀瓶口 CCD打 標缺陷檢測方法，該方法處理簡單快速，檢測精度高，適用於實際生產。 本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種高壓天然氣瓶球狀瓶口 CCD打 標缺陷檢測方法，該方法包括以下步驟 (1)圖像獲取CCD攝像頭採集高壓天然氣瓶球狀瓶口肩部圖像，由圖像採集卡將 採集到的圖像信號傳遞給計算機； (2)圖像處理對獲取的圖像進行圖像去噪、圖像二值化、圖像分割和缺陷提取， 並提取缺陷圖像的各個特徵參數； (3)數據標定圖像處理完成後，將圖像特徵參數數據存入資料庫，最後對整個缺 陷圖像進行統計，數據標定後將優化打標區域傳送給數控生產機械的控制單元，以此作為 執行機構工作時的定位信號； 進一步地，所述步驟(2)中，採用自適濾波法進行圖像去噪，去除在攝像時由於光
3學系統的失真、相對運動、大氣流動使圖像出現散點、閃爍等模糊現象；採用迭代求最佳閥 值法將去噪後的圖像二值化；通過門限算法利用目標區域和背景區域在灰度方面的差異來 實現對圖像的分割；通過黑色填充算法進行缺陷提取，並完成缺陷圖像的各個特徵參數的 獲取； 本發明的有益效果是本發明創新性地將CCD技術引入到打標理想區域的選擇， 自動獲取每支氣瓶的外形輪廓，判別誤差及缺陷，根據每支氣瓶外形輪廓質量自適應地調 節打標參數。根據CCD圖像採集氣瓶的輪廓數據，經圖像處理後優化選擇理想的打標區域， 確定位置參數提供數控系統，數控系統控制氣瓶旋轉到最佳打標區域。根據CCD圖像採集 參數提供打標參數和節拍，這些數據生成實際的瓶體數據文件，生成控制打標路徑程序。從 而確保氣瓶打標質量，提高氣瓶打標成材率。採用本發明的方法所獲取的打標缺陷圖像特 徵明顯，相應的圖像處理算法簡單快速，使本發明的檢測方法速度快、精度高(檢測精度為 0. 1mm)、穩定可靠、圖像清晰，在高壓天然氣瓶打標機中具有廣泛的應用前景。


圖1為本發明高壓天然氣瓶球狀瓶口 CCD打標缺陷檢測方法流程圖； 圖2為本發明高壓天然氣瓶球狀瓶口 CCD打標缺陷檢測系統的圖像處理流程圖； 圖3為本發明實施案例中獲取的圖像去噪後的高壓天然氣瓶球狀瓶口肩部打標
缺陷圖像； 圖4為本發明實施案例中獲取的圖像二值化後的高壓天然氣瓶球狀瓶口肩部打 標缺陷圖像； 圖5為本發明實施案例中獲取的圖像分割後的高壓天然氣瓶球狀瓶口肩部打標 缺陷圖像； 圖6為本發明實施案例中提取的高壓天然氣瓶球狀瓶口肩部打標缺陷圖像。
具體實施例方式
本發明在光源探照下，採用CCD攝像頭採集高壓天然氣瓶外形輪廓圖像，由圖像
採集卡電路作用後，將採集到的圖像信號傳遞給計算機，進行數字圖像處理與識別，經圖像
去噪、圖像二值化、圖像分割和缺陷提取後提取缺陷圖像的各個特徵參數作為識別依據，並
將圖像特徵參數數據存入資料庫，最後對整個缺陷圖像進行統計，數據標定後將優化打標
區域傳送給數控生產機械的控制單元，以此作為執行機構工作時的定位信號。 本發明的方法主要包括圖像獲取、圖像處理、數據標定三個步驟，具體如下 1、圖像獲取 圖像的捕獲和獲取主要通過CCD攝像頭與計算機的圖像採集卡來完成，CCD攝像 頭與計算機的圖像採集卡直接相連。CCD攝像頭是一種高靈敏度的光電轉換器件，以其自掃 描、高解析度、易於與計算機連接等優點、已成為空間光學、微光夜視、X光成像系統，遙感等 系統中不可或缺的器件。按照視頻捕捉過程中前後兩幀之間的間隔來劃分，捕捉方式可分 為連續捕捉和單幀捕捉兩種方式，且可通過硬調節或軟調節來獲取視頻圖像的質量。
本發明所用光源可以採用白熾燈，CCD攝像頭可以採用Sony Exview HADInterline CCD攝像頭，圖像採集卡為10M00NS SDK-2000圖像採集卡。由CCD攝像頭獲取高壓天然氣瓶球狀瓶口肩部圖像後，由圖像採集卡將採集到的圖像信號傳遞給計算機。
2、圖像處理 在取得高壓天然氣瓶球狀瓶口肩部圖像後，對採集圖像進行圖像去噪、圖像二值 化、圖像分割和缺陷提取，並提取缺陷圖像的各個特徵參數。 採用自適濾波法進行圖像去噪，去除在攝像時由於光學系統的失真、相對運動、大 氣流動使圖像出現散點、閃爍等模糊現象，圖像去噪可以更好的保護圖像的邊緣和高頻細 節信息。 為了分析圖像的特性，常常從圖像中分離出對象物，並為了圖形和背景而採用二 值化處理。圖像的二值化可根據下式的閾值處理來進行。 其中，(i， j)為圖像坐標，t為閥值。通常，在處理結果的二值圖像值f(i， j)中， 值為1的部分表示對象圖形，值為0的部分表示背景.在獲取高壓天然氣瓶肩部球面圖像 發現缺陷圖像與背景灰度差別很大，在灰度直方圖上為兩個獨立的波峰顯示，故採用迭代 求最佳閥值法將去噪後的圖像二值化。 由於高壓天然氣瓶肩部球面圖像中的打標缺陷可能有多個，所以須將二值化後的 圖像分割成多個獨立的子圖像，提前設定好理論最小缺陷，如所獲取的子缺陷圖像大於理 論最小缺陷，即認為該子圖像缺陷為打標缺陷。設圖像f(x， y)的灰度範圍屬於[zl， z2]， 根據一定的經驗及知識確定一個灰度門限，或者根據一定的準則確定[zl， z2]的一個劃分 zl， z2，其中zl代表目標，z2代表背景。根據像素的灰度屬於這個劃分的哪個部分將其分 類，稱為灰度門限。即如果f(x，y)屬於zl，判斷(x，y)像素屬於目標。如果f(x，y)屬於 z2，則判斷(x， y)像素屬於背景。通過門限算法利用目標區域和背景區域在灰度方面的差 異來實現對圖像的分割。在取得高壓天然氣瓶打標缺陷子圖像後，利用邊界提取和輪廓跟 蹤獲得打標缺陷的邊界點集。邊界提取可用填充黑色部分的算法對每一個像素若滿足 則填充為白色f (x，y) = 255從而提取缺陷邊界，完成缺陷圖像的各個特徵參數的 獲取。 3、數據標定 圖像處理完成後，將圖像特徵參數數據存入資料庫，最後對整個缺陷圖像進行統 計，數據標定後將優化打標區域傳送給數控生產機械的控制單元，以此作為執行機構工作 時的定位信號。 以下結合附圖和實施案例對本發明的技術方案作進一步描述，本發明的目的和效 果將變得更加明顯。 本發明高壓天然氣瓶球狀瓶口 CCD打標缺陷檢測方法流程如圖1所示。在光源探 照下，CCD圖像採集卡在CCD驅動電路的驅動下採集高壓天然氣瓶外形輪廓圖像，將採集到 的圖像信號傳遞個計算機進行數字圖像處理與識別。 在取得高壓天然氣瓶球狀瓶口肩部圖像後，如圖2所示對採集圖像進行圖像去
當f(x， y)^時 當f(x， y)〈t時
J]J] ZO,力噪、圖像二值化、圖像分割和缺陷提取，並提取缺陷圖像的各個特徵參數，採用自適濾波去 除在攝像時由於光學系統的失真、相對運動、大氣流動使圖像出現散點、閃爍等模糊現象， 圖像去噪可以更好的保護圖像的邊緣和高頻細節信息。得到圖像如圖3所示。為了分析圖 像的特性，常常從圖像中分離出對象物，並為了圖形和背景而採用二值化處理。圖像的二值 化可根據下式的閾值處理來進行。 其中，(i， j)為圖像坐標，t為閥值。通常，在處理結果的二值圖像值f(i， j)中， 值為1的部分表示對象圖形，值為0的部分表示背景.在獲取高壓天然氣瓶肩部球面圖像 發現缺陷圖像與背景灰度差別很大，在灰度直方圖上為兩個獨立的波峰顯示，故採用迭代 求最佳閥值法將去噪後的圖像二值化。得到圖像如圖4所示。 由於高壓天然氣瓶肩部球面圖像中的打標缺陷可能有多個，所以須將二值化後的 圖像分割成多個獨立的子圖像，提前設定好理論最小缺陷，如所獲取的子缺陷圖像大於理 論最小缺陷，即認為該子圖像缺陷為打標缺陷。設圖像f(x， y)的灰度範圍屬於[zl， z2]， 根據一定的經驗及知識確定一個灰度門限，或者根據一定的準則確定[zl， z2]的一個劃分 zl， z2，其中zl代表目標，z2代表背景。根據像素的灰度屬於這個劃分的哪個部分將其分 類，稱為灰度門限。即如果f(x，y)屬於zl，判斷(x，y)像素屬於目標。如果f(x，y)屬於 z2，則判斷(x， y)像素屬於背景。通過門限算法利用目標區域和背景區域在灰度方面的差 異來實現對圖像的分割。在取得高壓天然氣瓶打標缺陷子圖像後，利用邊界提取和輪廓跟 蹤獲得打標缺陷的邊界點集。邊界提取可用填充黑色部分的算法對每一個像素若滿足 則填充為白色f (x，y) = 255從而提取缺陷邊界，完成缺陷圖像的各個特徵參數的 獲取。得到圖像如圖6所示。 圖像處理完成後，將圖像特徵參數數據存入資料庫，最後對整個缺陷圖像進行統 計，數據標定後將優化打標區域傳送給數控生產機械的控制單元，以此作為執行機構工作 時的定位信號。
當f(x， y)》,時 當f(x， y)〈t時5 J]Z /(X,少)=0
權利要求
一種高壓天然氣瓶球狀瓶口CCD打標缺陷檢測方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)圖像獲取CCD攝像頭採集高壓天然氣瓶球狀瓶口肩部圖像，由圖像採集卡將採集到的圖像信號傳遞給計算機。(2)圖像處理對獲取的圖像進行圖像去噪、圖像二值化、圖像分割和缺陷提取，並提取缺陷圖像的各個特徵參數。(3)數據標定圖像處理完成後，將圖像特徵參數數據存入資料庫，最後對整個缺陷圖像進行統計，數據標定後將優化打標區域傳送給數控生產機械的控制單元，以此作為執行機構工作時的定位信號。
2. 根據權利要求1所述高壓天然氣瓶球狀瓶口 CCD打標缺陷檢測方法，其特徵在於，所 述步驟(2)中，採用自適濾波法進行圖像去噪，去除在攝像時由於光學系統的失真、相對運動、大氣流動使圖像出現散點、閃爍等模糊現象。
3. 根據權利要求1所述高壓天然氣瓶球狀瓶口 CCD打標缺陷檢測方法，其特徵在於，所 述步驟(2)中，採用迭代求最佳閥值法將去噪後的圖像二值化。
4. 根據權利要求l所述高壓天然氣瓶球狀瓶口 CCD打標缺陷檢測方法，其特徵在於，所 述步驟(2)中，通過門限算法利用目標區域和背景區域在灰度方面的差異來實現對圖像的 分割。
5. 根據權利要求l所述高壓天然氣瓶球狀瓶口 CCD打標缺陷檢測方法，其特徵在於，所 述步驟(2)中，通過黑色填充算法進行缺陷提取，並完成缺陷圖像的各個特徵參數的獲取。
全文摘要
本發明公開了一種高壓天然氣瓶球狀瓶口CCD打標缺陷檢測方法，在光源探照下，採用CCD攝像頭採集高壓天然氣瓶外形輪廓圖像，由圖像採集卡將採集到的圖像信號傳遞給計算機，進行數字圖像處理與識別，經圖像去噪、圖像二值化、圖像分割和缺陷提取後提取缺陷圖像的各個特徵參數作為識別依據，並將圖像特徵參數數據存入資料庫，最後對整個缺陷圖像進行統計，數據標定後將優化打標區域傳送給數控生產機械的控制單元，以此作為執行機構工作時的定位信號；本發明所獲取的打標缺陷圖像特徵明顯，相應的圖像處理簡單快速，檢測速度快、精度高、穩定可靠，適合於實際工業場合。
文檔編號G01N21/88GK101706447SQ20091015374
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月5日 優先權日2009年11月5日
發明者姜曉明, 王進, 程仙平, 陸國棟, 黃召亮 申請人:浙江大學;蘭谿市海德工具機製造有限公司