表面刮研用图像识别及检验系统研究

为了检测任意两个（２５ｘ２５）ｍｍ正方形面积内的黑点 面积之差以求出其均布状况，对二值化的平板图像用计 算机程序从左至右、从上到下（按检测技术要求，移动步 距为２．５ｍｍ）进行扫描，依次获得所有（２５ｘ２５）ｒａｍ的子方 图，统计每个子方图中黑点所占像素点的个数，按Ｒ＿－
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万方数据
・测试与控制・
（闽南理工学院，福建石狮３６２７００）
摘要：传统刮研工艺大都是由钳工通过手工完成的，其检测亦是通过人工进行，手段单一且加工质量和加 工效率完全取决于操作工人的熟练程度。论文设计了一套导轨表面刮研图像识别及检验系统：该系 统由计算机控制的ＣＣＤ获取配研后导轨表面图像，经图像处理后获得导轨表面形貌模型及刮削点 信息．进而确定刮削轨迹和刮削量，实现达到全程监控的目的，提高导轨表面刮研加工的效率。 关键词：导轨；刮研；图像识别 中图分类号：ＴＨ６９ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—６６７３．２０１２．０６．０６１
图像画面内各像素点的灰度仅取０和２５５这两个值．除
匝至刁
图ｌ圈像识别控制系统总体漉程囤
去背景及噪声对接触点的干扰，形成只有黑、白两种像 素点的二值图像ＩＢ）。
４．３计算机计算被检表面黑点面积和点数
３平面度检测方法
借助激光扫描仪扫描被测物体。激光扫描检测的原 理主要是利用激光束的扫描运动来检验物体的几何尺 寸．具体来说就是利用激光束的方向和高能量密度，把 扫描的时间转换成物体尺寸１７｝。如图２所示。
３系统软件设计
远程监控系统的软件设计，其中包括了数字温度传 感器ＤＳｌ８８２０的操作指令和程序设计，以太网接口的初 始化、发送数据和接收数据程序设计．还有ＧＳＭ通信 程序的设计以及程序的编制。 （１）测温模块软件设计：主要实现ＤＳｌ８８２０与ＤＳＰ的 接口协议是通过严格的时序来实现的．ＤＳｌ８８２０数据的 写入和读出都是由主机读写特定的时间暂存器来完成
参考文献：
【１］张潮．刮研工艺介绍ｆＪｌ．机械制造，２００４，１． ［２］钟兴仁，赵彼德．介绍一种新刮研方法［Ｊ］．机械工人，１９５５，７． ［３］罗冬梅．滑动导轨的设计与加Ｔ叨．世界制造技术与装备市场，１９９８，１ｌ
、、＼
表１刮研各阶段某刮方（２５ｘ２５）ｍｍ内的点数
质量指标 粗刮点数
５～６ ５
检验方法、、、＼
［２】王涛．基于ＤＳＰ的智能小区家庭安全系统的设计与实现［Ｄ】．山东
大学．２００７．
【３】王帅．基于Ｉｎｔｅｍｅｔ的家居智能管理系统设计叨．科技创新导报，
２００８，３２．
［４］万山明．ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ｘＤＳＰ原理及应用实例【Ｍ］．北京：北京航空 航天大学出版社．２００７． ［５］拉格朗日著；顾肇基（译）．ＧＳＭ网络与ＧＰＲＳ［ＭＩ．北京：电子工业
２基于导轨表面刮研的图像识别及检验系 统原理
基于以上分析，研制出图像识别及检测系统。借用
扫描仪扫描导轨表面，获取被测物体表面特征，还原平 面的３Ｄ轮廓，并精确还原被测表面的轮廓细节，获得 表面形貌模型，对表面微观细节进行分析１５ｌ。借助软件系
镜５，经滤波器６，ＣＣＤ７将扫描光信号采集，图像处理
８处理后，用显示器９显示被测物体４的几何尺寸。
统可将轮廓，形貌模型信息直观的显示出来，便于操作
者进行详细分析。 采用像素检测法应用计算机技术对导轨表面黑点面 积进行像素检测。完全可以准确、快速地检测导轨表面 黑点面积。克服原检测方法所存在的弊端。该方法采用 数字技术，以图像的像素多少来表征图像面积大小Ｉｑ。
４
／ ／ ／ ＼ ＼ ＼
圉由
用数字技术采集其黑点信息，再由计算机对所采集的信
的．从而大大提高导轨表面刮研加工的效率。
０引言
刮研。是刮削和研磨两个工序的结合。即平面刮
１现行人工检验方法存在的不足
平面刮研的质量有两个指标：一是几何形状。如平 面度、垂直度和厚度尺寸；二是指标的表面质量，表面 质量常用研点法．用标准平板对刮研面进行研点【２】。方法 是使用（２５ｘ２５）ｍｍ方框，放在被检表面，检查方框内的 点数。这种检测方法存在以下不足：
收稿日期：２０１２—０７—ห้องสมุดไป่ตู้３
示，会形成黑点越刮越少的现象。 （２）在没有对单点面积量化规定的情况下，接触点多 少不能准确表征接触面积大小。无疑是铸铁平板接触点 面积的检测方法不甚严谨和不够完善所致。现在计算机
基金项目：福建省教育厅科技项目０８１１２３６）；石狮市科技计
划项目（２０１０ＳＤ２０）；泉，ｒ３１市科技计划项目（２０１ｌＺ２６）
４．４数据输出
由计算机输出接触点面积比率最大和最小子方图的 位置、黑点个数、黑点面积比率的最终检测结果。而传 统人工检测方法所得数据是一数值区间，确定不出准确 值，使评定检测结果产生争议，且检测工作量大。在图 像识别及检验系统检测法中．采用计算机拟合带来的失 真很小，不影响精度等级的测定。依照国标ＧＢ４９８６— ８５，分别利用两种检测方法获得检测数据，如表１所 示。从中可知，该图像采集分析系统不仅检测效率高，
捷地评定出平板黑点面积的精度等级，从根本上解决凭
４刮研黑点检测方法
其图像采集分析系统结构框架设计如图３所示。
肉眼观察数黑点数和用方格估算黑点面积进行导轨表面 精度等级检测所存在的问题，且没有争议。所需设备为
计算机、扫描仪（或４００万以上像素的数码相机）。其图
像识别控制系统的总体流程如图１所示。
图３图像采囊分析系统结构框架设计圈
４．１图像采集
荛
用数字技术（扫描仪）采集刮研后的导轨平面黑点图
副
像。并通过计算机接１１：Ｉ将图像文件直接传人计算机进行
数字信息处理。
４．２计算机对所获信息进行数宇化处理
通过数理统计对图像进行处理，将获得的数据用计 算机拟合，确定计算机计算黑点面积的灰度值。对采集
获得的多层次灰度平板图像进行二值化处理。即使整幅
第２５卷第６期
２０１２年１１月
机电产品开发与刨新
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ
Ｖ０１．２５，Ｎｏ．６
Ｎｏｖ．，２０１ ２
文章编号：１００２—６６７３（２０１２）０６—１５３—０３
导轨表面刮研用图像识别及检验系统研究
李和仙
作者简介：李和仙（１９８４－），女，助理实验师。研究方向： 机械设计制造及其自动化，超精密加工技术。
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万方数据
・测试与控制・
技术的发展为我们改进原检测方法提供了可行的条件。
图中：ｌ一激光器．２一镜头系统。当２按一定频率 作摆动时，形成激光束的扫描运动，扫描光束通过作业
镜面３后形成平行光，扫描被测工件４，然后由接收物
削一研磨显示一再平面刮削一再研磨显示，如此往复，
交替循环。不断运作【ｌ】。使铸铁平板的表面粗糙度值和形 位误差逐步降低：接触精度、几何精度在运作中逐步提 高．直到达到规定要求为止。其加工材质涉及各种钢、 淬硬钢、铸铁、铜铝及其合金、硬质合金、陶瓷、玻璃 及某些塑料制品等．广泛用于单件小批生产中加工各种 高精度型面，并可用于大批大量生产中。 在精密加工工艺中，对导轨表面进行刮研是获得高 精密、耐磨损的机床滑动导轨的常用方法。目前，采用 的动导轨表面刮研多为手工加工工艺，其检测手段单 一、效率低、检测精度低，使得刮研费时费力，已经成 为制约精密机床加工工艺发展的重要因素。现在计算机 技术广泛应用于各领域．各学科之间的相互渗透Ｅｔ趋深 广．应用数字技术改进检测方法正是潮流所趋。通过分 析、调查，综合应用机械、计算机、数理统计等学科领 域的知识．研究出一套基于导轨表面刮研的图像识别及 检验系统。 该系统整机由计算机控制的ＣＣＤ获取配研后动导 轨表面图像，经图像处理后获得动导表面形貌模型及刮 削点信息．并确定刮削轨迹和刮削量。该系统的应用使 刮削加工变得自动轨化、智能化，达到全程监控的目
且能够准确地得出检测数据，相对于人工检测具有明显 的优越性。
［８】贾永红．计算机图像处理与分析［Ｍ】．武汉大学出版社，２００１．
（上接第１５０页） 开关控制模块：该模块的任务是完成开关的控制动 作。一旦主控芯片收到开关动作信号，将即时输出一个电 压信号。此信号经放大处理后驱动继电器进行开关动作。
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为主控芯片，并在硬件上集成了以太网接 口，并通过以太网参照ＴＣＰ／ＩＰ协议实现数据的传输。 主控芯片内部集成了嵌入式Ｗｅｂ服务器，利用嵌入式 ＣＧＩ技术编写了静态监控主页和动态ＣＧＩ接口程序，实 现了用户可以通过远程ＰＣ机上的ＩＥ浏览器登录嵌入式 Ｗｅｂ服务器的监控页面，通过点击页面上的按钮，实现
出版社．２００２．
４结束语
该智能家居远程监控系统以数字信号处理器
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万方数据
１．１工作面的平面度
根据被检平板准确度等级选用检定工具（水平仪），如 用水平仪测量器放在需要测量的被测物上观测器平面度 测量时．可以采用不同的布线方法，如对角线法和网格 法等。对应不同的布线方法就有不同的数据归一方法【３】。 水平仪节距法测量平面度时，针对不同的测量数据归一 方法，水平仪器的使用必须注意相关规定，否则会引人 较大的测量误差或给出错误的测量结果，且检测工作量 大。在精度等级的评定中也存在争议。
息进行数据处理。最后准确地计算出导轨表面采样部分 黑点的面积（或个数）及它们在整个采样面积中所占的比
图２激光扫描仪扫描原理圈
率。Ｒ＝（Ｓ舢）ｘ１００％，其中，Ｒ一黑点面积比率；Ｓ一 采样部分各黑点像素：Ｍ一采样部分面积内总像素数。 均布状况的检测由计算机对采样图像中各子方图的 接触点面积比率进行差值计算完成。该方法能科学、快
细刮点数
１０～１２ １１
精刮点数
２０－２５ ２３
［４】孙建浦，赵楠，刘娜．导轨直线度的测量［Ｊ］．金属加工，２０１１，１４． 【５］章毓晋．图像处理和分析［Ｍ］．清华大学出版社，２００５． ［６］冈萨雷斯．数字图像处理［Ｍ］．电子工业出版社，２００５．