基于机器视觉的轴承缺陷检测及分拣应用

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基于机器视觉的轴承缺陷检测及分拣应用
作者:宋洪梅
来源:《科学导报·学术》2018年第12期
摘要:轴承是工业中应用极为广泛的一种零部件,是现代化机械设备的重要配套基础件。

在轴承生产过程中,其表面缺陷检测仍多借助于人工检测,具有稳定性差、工作量大等缺点。

机器视觉系统具有检测速度快,自动化程度高,无损检测等优点,特别是对于一些精密程度要求高的设备,如陀螺等,使用机器视觉系统进行检测和分拣十分必要。

关键词:机器视觉;轴承缺陷;检测及分拣应用
【中图分类号】 TH17 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879(2018)12-0129-02
轴承作为基础传动件,在机械行业使用广泛且种类繁多。

轴承生产过程中,由于生产工艺以及生产过程中不确定因素的影响,内表面会有划痕、凹坑、毛刺、剥落等缺陷而成为废品,出厂前必须将这些废品识别并剔除,因此对生产的轴承进行质量检查是轴承生产产业不可缺少的一部分。

传统的轴承生产企业普遍采用人工目测等比较直观的检测方法,工作量大、效率低,误、漏检率高,且难以实现检测数据实时管理。

机器视觉技术在轴承检测中的应用主要集中在轴承的尺寸检测和表面质量检测。

滚动轴承由于生产工艺与安装的需求,存在的缝隙使得检测方法与传统的轴承检测方法大不相同,传统的轴承检测选用基于多尺度阀值分割方法对缺陷提取快速进行。

本文基于实际工业需求,提出了一种应用于滚动轴承内表面缺陷检测的视觉检测方案,通过分析采集到计算机的轴承图像,对轴承内表面的划痕、凹坑、毛刺、剥落等缺陷讲行识别并取得了较好的效果。

一、控制系统的整体架构
基于机器视觉的轴承缺陷检测及分拣系统位于自动化流水线上方,待检测轴承随着传送带拉照一定的速度运动,进入检测区域时,输感器给提像头发送信号,采集轴承图像到计算机中进行图修处理,对轴承分析判断有无缺陷,将有缺陷轴承的心坐标,通过OPC通讯传给PLC,PLC控制直角坐标机器人实施抓取,分拣出有缺陷的轴承。

二、图像采集系统
轴承尺寸视觉检测的图像采集系统由摄像物镜、CCD及其驱动电路、A/D图像采集卡和计算机等组成,、摄像物镜将被摄物体的图像成在CCD的像敏面上,并充满整个像敏单元阵列。

A/D图像采集卡具有同步控制自动A/D转换以及能够卡上存储大量数据的功能,它通过计算机软件及同步脉冲触发,在驱动器的同步控制下对CCD输出的视频信号进行A/D转换,转换成图像数据,存放在图像卡的帧存贮体中,供计算机进行各种处理操作、图像采集的分辨率
为512×512,256灰度级.CCD摄像头采用MIYITEON MTY 1881EX(600线)。

图像卡要求所采集的图像点阵位置精度高,A/D转换后的信号误差小,并具有高分辨率、高清晰度、高精度实时动态采集效果,视频图像通过PCI总线实时传递至计算机内存及显存。

三、图像处理
(1)图像的噪声处理。

图像在产生、传输和记录过程中,经常会受到各种噪声的干扰,针对均值滤波使图像变模糊和中值滤波对高斯噪声效果不明显的缺点,本文采用求取当前滤波窗口灰度均值与窗口中心的像素进行比较,如果相减的结果绝对值大于某个阀值(这里设置为20)则认为是噪声,调用中值滤波器进行噪声消除,原图和处理后的结果如图所示
阈值的确定希望能突出图像边缘信启。

加强其图像的轮廓特征,因此采用空域锐化法中的模机卷积锐化法(拉氏算子锐化扩展)对图像做增强处理。

并根据图像的统计性质来选择合适的阈值,然后进行二值化处理。

因为无用的背景数据和图像信息混在一起,还夹杂着各种噪声,阀值取的太大,会失去图像信息,而阈值取的太小,则会混入大量的噪声,所以必须根据图像的统计性质来选择合适的阀值。

设给定对象在一幅图像中所占面积的比率t,对象图像的灰度分布为概率密度函数p (z)的正态分布,背景为概率密度函数g(z)的正态分布,阀值为a,设输入图像为f(x,y),输出图像为g(x,y),则
于是有:
满足式(2)的a,即为所求的阀值。

刚获取的原始图像如图3a所示,阀值分割后的图像如图3b所示。

(2)轮廓提取。

运用轮廓提取技术,获得轮廓的外部图像特征。

轮廓提取后的图像如3c所示。

(3)轮廓跟踪。

轮廓提取出来以后,接着进行轮廓跟踪,轮廓跟踪后的图像如3d所示。

本系统利用边缘轮廓跟踪的方法来获取工件的边缘轮廓图像,再利用高精度的边缘提取算法,精确的确定工件的边缘轮廓曲线。

四、缺陷轴承分拣
相机成像原理如图所示,坐标系o-xyz为摄像机坐标系,原点为摄像机光轴中心,0w-xwywzw。

为世界坐标系,其平面即为待测平面,o-xy为图像物理坐标系,坐标原点在光轴与图像平面的交点;o-uv为图像像素坐标系,由上述可知缺陷轴承的圆心像素坐标(u,v),f 为摄像机焦距,L为物距。

根据公式:
可求得缺陷轴承的圆心世界坐标(xw,yw,zw)。

然后通过OPC通讯将坐标信息实时传送给PLC,利用PLC支持的直线插补算法实现直角坐标机器人点到点的直线运动,从而实现抓取缺陷轴承并完成剔除任务。

五、轴承检测系统的实现
将检测系统所需的硬件平台和软件算法进行合理的配置,并应用于轴承的生产线,可以实现对轴承缺陷的检测和分拣。

运用该检测系统,可以达到合格轴承与缺陷轴承分检,轴承检测时间约为1个/s,抽检1000个轴承,由直角坐标机器人分拣出10个有缺陷的轴承,人工复检检出不合格品11个,误差在1%o可控范围内。

结语:检测系统包括图像的采集与分析、模式识别后的实时处理以及自动化控制等技术,能够实现轴承的在线自动化检测及不合格产品的自动分拣工作,较好满足了检测的实时性与准确性要求,代替大量人工,节约了企业生产成本,提高了生产效率。

参考文献
[1] 李鹤.基于神经网络的零件缺陷机器视觉识别系统[J].计算机测量与控制,2017,25(11):248-251+256.
[2] 王恒迪,李莎,杨建玺,刘盟盟.轴承端面缺陷的视觉检测方法[J].轴承,2016(03):60-63.。