CN103528523A - 一种基于三维立体建模的螺纹检测方法及*** - Google Patents

一种基于三维立体建模的螺纹检测方法及*** Download PDF

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何涛
吴庆华
王正家
谢宇浪
陈久印
王心怡
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Abstract

本发明提供一种基于三维立体建模的螺纹检测方法及***，对被检测的螺纹进行旋转拍摄，获取螺纹各个旋转角度的图像，然后对图像进行裁剪提取螺纹检测区域并进行预处理，拟合螺纹中心轴线，获得螺纹中心轴线的位置，根据螺纹所有旋转角度的预处理结果恢复出螺纹的表面三维立体图，最后对表面三维立体图进行分析，判断螺纹尺寸和形状是否合格。本发明技术方案提供的三维立体建模的螺纹检测***，能够完成对高精度螺纹质量的检测，从而实现了高精度螺纹质量简单、快速、精准的检测，更好的观察到螺纹缺陷的位置。

Description

一种基于三维立体建模的螺纹检测方法及***
技术领域
本发明属于自动检测技术领域，尤其涉及基于三维立体建模的螺纹检测方法及***。
背景技术
目前市场上高精度螺纹质量检测的主要方法是螺纹环规或塞规、用螺纹千分尺测量、用齿厚游标卡尺测量、三针测量法、双针测量法。这些检测方法虽然检测精度高，但检测效率低下，劳动强度大，不能快速对高精度螺纹质量进行有效的控制。有专家提出配合软件检测的技术，参见图2，包括***启动，***控制上料，软件***控制相机拍摄一张螺纹图像，对拍摄所得螺纹图像进行图像二值化、滤波、膨胀、提取轮廓，然后判断螺纹牙数是否缺失，螺纹大径、小径尺寸误差是否在误差范围内，对螺纹牙数缺失或误差超出范围的情况报警剔除不合格产品，螺栓进入下一工位，对下一螺栓进行同样处理。但是，这种检测基于对螺纹拍摄的平面图像，只能局部检测，容易发生漏检。因此，需要一种简单、快速、高效的技术方案来完成螺纹质量的检测工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于三维立体建模的螺纹检测方法及***。
本发明的技术方案为一种基于三维立体建模的螺纹检测方法，对被检测的螺纹进行旋转拍摄，获取螺纹各个旋转角度的图像，然后对图像进行裁剪提取螺纹检测区域并进行预处理，拟合螺纹中心轴线，获得螺纹中心轴线的位置，根据螺纹所有旋转角度的预处理结果恢复出螺纹的表面三维立体图，最后对表面三维立体图进行分析，判断螺纹尺寸和形状是否合格。 
而且，对表面三维立体图进行分析的实现方式为，判断螺纹的表面三维立体图上每个三维坐标点相对螺纹中心轴线距离，与预存的标准模型进行对比，若存在比较结果不是在合理误差范围内的属于缺陷位置。
而且，将判断所得不合格的缺陷位置标记并输出显示。
而且，对被检测的螺纹进行旋转拍摄时，设每次旋转改变的角度为α，螺纹各个旋转角度的图像共n幅，n×α＝360。
本发明还提供了上述基于三维立体建模的螺纹检测方法采用的螺纹检测***，包括电机驱动器1、上位机2、LED平板光源3、旋转平台4、伺服电机6和工业相机7，上位机2、电机驱动器1、伺服电机6和旋转平台4依次连接，上位机2和工业相机7连接，被检测螺纹5置于旋转平台4上。
本发明首创了对螺纹的曲面成像立体检测，支持自动对螺纹图像进行处理分析，完成对螺纹的立体复原，全面且动态地显示出缺陷位置，并给出直观的结果。该方法无损、简单、快速、精准，对目前高精度螺纹检测具有独特的优势，可适用于各种规格的螺栓检测；所检测的螺纹精度能达到0.1mm，被检测螺纹直径最小能达到10~100mm。本发明还提供了相应检测仪器，该仪器可通过旋转扫描图像获取螺纹三维立体坐标参数。
附图说明
图1 为本发明实施例的装置结构图。
图2为现有螺纹检测方法流程图。
图3为本发明实施例的检测流程图。
具体实施方式   
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例所提供的基于三维立体建模的高精度螺纹检测方法，通过LED平板光源、工业相机、旋转平台对螺纹进行无损、快速的扫描，获取螺纹各个旋转角度的图像，然后经上位机（计算机）对图像进行裁剪，及二值化，腐蚀，滤波等预处理操作处理，获取螺纹的坐标参数，跟据螺纹每一个角度的图像预处理结果恢复出螺纹的表面三维立体图，然后对立体图像进行分析，将被检测物体与标准模型进行对比，分析螺纹的大径和小径尺寸是否在误差范围内，判断出螺纹尺寸和形状是否合格，将不合格的缺陷位置标记出来（例如用红色显示），使缺陷更加直观并对缺陷位置数据显示和保存。
实施例所使用基于三维立体建模的高精度螺纹检测***，主要包括LED平板光源、工业相机、旋转平台。参见图1，检测***包括电机驱动器1，上位机2，LED平板光源3，旋转平台4，伺服电机6和工业相机7，上位机2、电机驱动器1、伺服电机6和旋转平台4依次连接，上位机2和工业相机7连接。上位机2可采用工控计算机，旋转平台4置于工业相机7和LED平板光源3之间，被检测螺纹5放置于旋转平台4上，一般可将被检测螺纹5的中心轴线与旋转平台4旋转中心重合。检测***主要负责螺纹的三维扫描，当进行检测时，为了提高图像中螺纹轮廓的对比度，首先开启LED平板光源3作为背景光源，上位机2开始控制工业相机7拍照，每拍摄一张照片，上位机2向电机驱动器1发出信号，驱动伺服电机6运行，带动旋转平台4转动一定的角度，然后再次拍照，直到旋转平台4旋转一周，所有的图片采集完毕，然后交由上位机2进行图像处理。
具体实施时，本领域技术人员可在上位机2中采用计算机软件方式实现图像处理流程的自动运行。图像处理流程主要将采集到的图片进行裁剪、二值化、腐蚀、滤波等预处理操作，根据螺纹每一个角度的图像恢复出螺纹的表面三维立体图，然后对立体图像进行分析，判断螺纹尺寸和形状是否合格，将不合格位置用红色标记出来，使缺陷更加直观并对缺陷位置数据显示和保存。
参见图3，为便于实施参考起见，提供具体测试的工作过程说明如下：
步骤1：首先开启LED平板光源，打开上位机，调整好相机的焦距和亮度，从上位机发出控制信号开始检测，相机拍摄一幅图片，然后上位机通过伺服电机控制多功能机器视觉旋转平台旋转一定角度α（α可由本领域技术人员根据精度需要预设，一般取0.1度~2度左右，分度越小模型表面越平滑），再次拍摄一幅图片，直到旋转角度总和达到360度，回到原位置，检测所需的图片都已经拍摄完成，不需要在原位置重复拍照。设拍摄所得图片数目记为n，即满足n×α＝360度时拍摄完成。例如取α为1度，在0度、1度、2度…359度各拍摄一幅图片。
步骤2：上位机对所拍摄的图片进行裁剪，具体实施时可根据被检测螺纹尺寸对裁剪区域参数进行预先设置，以便裁剪提取螺纹检测区域，然后对提取的螺纹检测区域进行二值化、腐蚀、滤波、提取轮廓等预处理操作，拟合螺纹中心轴线，获得螺纹中心轴线的位置。具体实施时裁剪、预处理、拟合操作具体实现可采用现有技术，本发明不予赘述。然后跟据螺纹每一个角度的图片预处理结果恢复出螺纹的表面三维立体图，获得螺纹表面每个点的坐标参数，即得到螺纹三维立体模型。可对表面三维立体图进行分析，判断螺纹尺寸和形状是否合格，将不合格的缺陷位置用红色标记出来，使缺陷更加直观。实施例采用的分析方法为，判断螺纹的表面三维立体图上每个三维坐标点相对螺纹中心轴线距离，与标准模型进行对比，若存在比较结果不是在合理误差范围内，将相应缺陷位置在螺纹三维立体模型上标记出来。具体实施时，螺纹的标准模型可预先保存在上位机中或由本领域技术人员自行建立，可预存多种规格螺纹的标准模型，在分析时进行相应调用即可。
步骤3：将螺纹三维立体模型通过上位机的显示屏输出显示，具体实施时可支持用户鼠标点击三维显示区域，可以缩放、旋转、移动螺纹三维立体模型，以便动态地向用户展示缺陷位置。对缺陷位置的数据可以进行保存。对当前被检测螺纹执行上述工作流程后，***可待机等待更换待检测螺纹，按以上流程进行下一次检测。
本发明的上述实例仅仅为说明本发明实现，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，都可轻易想到其变化和替换，因此本发明保护范围都应涵盖在由权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于三维立体建模的螺纹检测方法，其特征在于：对被检测的螺纹进行旋转拍摄，获取螺纹各个旋转角度的图像，然后对图像进行裁剪提取螺纹检测区域并进行预处理，拟合螺纹中心轴线，获得螺纹中心轴线的位置，根据螺纹所有旋转角度的预处理结果恢复出螺纹的表面三维立体图，最后对表面三维立体图进行分析，判断螺纹尺寸和形状是否合格。
2.根据权利要求1所述基于三维立体建模的高精度螺纹检测方法，其特征在于：对表面三维立体图进行分析的实现方式为，判断螺纹的表面三维立体图上每个三维坐标点相对螺纹中心轴线距离，与预存的标准模型进行对比，若存在比较结果不是在合理误差范围内的属于缺陷位置。
3.根据权利要求2所述基于三维立体建模的高精度螺纹检测方法，其特征在于：将判断所得不合格的缺陷位置标记并输出显示。
4.根据权利要求1所述基于三维立体建模的高精度螺纹检测方法，其特征在于：对被检测的螺纹进行旋转拍摄时，设每次旋转改变的角度为α，螺纹各个旋转角度的图像共n幅，n×α＝360。
5.一种根据权利要求1或2或3或4所述基于三维立体建模的螺纹检测方法采用的螺纹检测***，其特征在于：包括电机驱动器（1）、上位机（2）、LED平板光源（3）、旋转平台（4）、伺服电机（6）和工业相机（7），上位机（2）、电机驱动器（1）、伺服电机（6）和旋转平台（4）依次连接，上位机（2）和工业相机（7）连接，被检测螺纹（5）置于旋转平台（4）上。
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