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原文传递一种基于机器视觉的双相机布氏硬度测量装置和测量方法

专利名称：	一种基于机器视觉的双相机布氏硬度测量装置和测量方法
摘要：	本发明属于布氏硬度测量领域，尤其涉及一种基于机器视觉方法的双相机布氏硬度测量装置和测量方法。包括基座，基座上设置有工作台，工作台上安装有水平X方向驱动装置以及水平Y方向驱动装置，工作台上方安装有大视野摄像机和小视野摄相机，大视野摄像机和小视野摄相机固定在竖直方向驱动装置上。本发明较大程度上减少了人为干预测量的影响，标准硬度块经压力机打好压痕后，由大视野摄像机进行自动识别定位出新增压痕，然后用小视野摄像机进行压痕圆拟合，进而换算出布氏硬度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山西;14
申请人：	中北大学
发明人：	曾志强;张晓琳;常文铎;段能全;王俊元;杜文华;王日俊;党长营;冯鹏鹏;贾立功;徐有春
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-11T00:00:00+0800
申请号：	CN201910596173.7
公开号：	CN110320100A
代理机构：	太原晋科知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	任林芳
分类号：	G01N3/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	030051 山西省太原市学院路3号
主权项：	1.一种基于机器视觉方法的双相机布氏硬度测量装置，其特征在于：包括基座（6），基座（6）上设置有工作台（12），工作台（12）上安装有水平X方向驱动装置以及水平Y方向驱动装置，工作台（12）上方安装有大视野摄像机（15）和小视野摄相机（16），大视野摄像机（15）和小视野摄相机（16）固定在竖直方向驱动装置上。 2.根据权利要求1所述的基于机器视觉方法的双相机布氏硬度测量装置，其特征在于：所述的竖直方向驱动装置包括安装在基座（6）上的垂直立柱（19），垂直立柱（19）上安装有竖向设置的丝杠（3），丝杠（3）两端安装在轴承座上，丝杠（3）一端通过同步带与电机I（1）连接，丝杠（3）上安装有丝杠螺母（4），丝杠螺母（4）与L型连接板（5）固定，垂直立柱（19）上还设置有竖向设置的滑轨II（18），L型连接板（5）背部安装在滑轨II（18）并可沿滑轨II（18）滑动，大视野摄像机（15）和小视野摄相机（16）通过相机平衡调节机构（17）安装在L型连接板（5）下端。 3.根据权利要求2所述的基于机器视觉方法的双相机布氏硬度测量装置，其特征在于：所述的水平Y方向驱动装置包括设置在Y方向移动台（22），Y方向移动台（22）底部设置有两个第一Y方向移动滑轨（26），两个第一Y方向移动滑轨（26）的外侧分别设置有与其啮合的第二Y方向移动滑轨（11），二Y方向移动滑轨（11）固定在基座（6）上；所述的水平X方向驱动装置包括工作平台（12）底部并排设置的两个第一X方向移动滑轨（24），两个第一X方向移动滑轨（24）的外侧分别设置有与其啮合的第二X方向移动滑轨（25），第二X方向移动滑轨（25）安装在Y方向移动台（22）上，水平Y方向驱动装置和水平X方向驱动装置上分别设置有一组驱动结构，驱动结构包括电机（7）、光杠（8）和滑动轴承座（9），电机（7）驱动光杠（8），光杠（8）另一端固定，光杠（8）上设置滑动轴承座（9），滑动轴承座（9）与工作平台（12）/Y方向移动台（22）固定。 4.根据权利要求3所述的基于机器视觉方法的双相机布氏硬度测量装置，其特征在于：所述的基座（6）上设置有Y方向移动槽（10），第一Y方向移动滑轨（26）设置在Y方向移动槽（10）内；Y方向移动台（22）上设置有X方向移动槽（23），第一X方向移动滑轨（24）设置在X方向移动槽（23）内。 5.根据权利要求4所述的基于机器视觉方法的双相机布氏硬度测量装置，其特征在于：所述的相机平衡调节机构（17）包括与L型连接板（5）固定的第一安装板（17.1），第一安装板（17.1）上安装有球形凹槽（17.2），球形凹槽（17.2）内放置有可以随意旋转的球状体（17.4），球形凹槽（17.2）上还设置有螺旋钮（17.3），球状体（17.4）上设置有连接杆，连接杆与第二安装板（17.5）连接，第二安装板（17.5）上安装大视野摄像机（15）和小视野摄相机（16）。 6.一种如权利要求5所述的基于机器视觉方法的双相机布氏硬度测量装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤， S100～首先启动电机（1）通过同步带（2）使得丝杠（3）进行工作，将L型连接板（5）带动升至一个适合大视野摄像机（15）采集图像的高度，然后把带有压痕的标准布氏硬度块（14）放在工作台（12）上，利用大视野摄像机（15）对布氏硬度块（14）进行图像采集，所采集的图像称为第一图像，采集完成后，根据布氏硬度块（14）不同的材料选用不同的载荷和钢球直径，重新对布氏硬度块进行压痕制造，新压痕制造完成后，重新将布氏硬度块（14）放在工作台（12）上，利用大视野摄像机（15）再次对布氏硬度块（14）进行图像采集，所采集的图像称为第二图像； S200～对大视野摄像机（15）获得的第一图像和第二图像分别进行图像增强； S300～对大视野摄像机（15）获得的第二图像进行图像旋转矫正，使其变换成第一图像位置； S400～帧差定位；将经过旋转校正获取新增压痕后的第二图像与增加压痕前的第一图像进行差分，得出第二图像的具体位置，公式如下；上式中为将获取压痕后的第二图像旋转所得的结果，为获取压痕前的第一图像，所得目标检测结果图像为； S500～通过大视野摄像机（15）完成新增压痕的第二图像定位识别后，通过工作平台（12）移动将小视野摄像机（16）的视野中心移动至压痕圆中心，小视野摄像机（16）开始进行单个压痕的精准轮廓提取，最后实现小视野摄像机（16）对单个压痕圆的图像采集； S600～对小视野摄相机（16）获得的图像进行灰度转换和小波去噪预处理； S700～对小视野摄相机（16）获得的图像进行边缘提取，得到压痕圆的边缘轮廓； S800～对提取的压痕轮廓进行圆的拟合，并确定压痕圆的直径大小； S900～对极大压痕圆进行圆弧轮廓检测，从检测到的边缘中提取三个特征点的坐标进行计算，由此确定圆的方程，得到压痕圆的半径和圆心位置； S1000～通过相机标定将测量得到的圆直径像素值换算成实际长度值，根据布氏硬度HB的计算公式，进而计算得到布氏硬度值；，式中，F为规定的检测用力，D为规定的检测钢球直径，d为施加规定力并保持一定时间后的被测物留下的压痕直径。 7.根据权利要求6所述的基于机器视觉方法的双相机布氏硬度测量装置的测量方法，其特征在于：所述的步骤S300包括， S301～分别对获取第一图像和第二图像，完成图像增强后进行傅里叶变换得到相应的频谱图，空域中图像的旋转变换可以直接反映在傅里叶变换频谱中，通过分析频谱图的特征来确定图像的旋转角度； S302～计算两幅图像的X和Y方向的梯度图，并对图像的边缘图像求和； S303～对两幅图像进行二值化以保留图像频率变化中最明显的直线特征； S304～利用霍夫变换定位到频谱图中的直线，并分别获取两幅图像中直线的角度和，从而确定需要校正的图像角度为；完成对频谱图的二值化之后，需对频谱图中的特征信息进行直线检测，确定直线的角度信息来确定图像需要较正的角度； S305～通过仿射变换对图像进行角度校正。
所属类别：	发明专利