CN104251687A - 一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法，秉承非接触检测方式，设计全新检测方法，通过被测零件被测表面获取参考平板上图案的镜面图像，并由此设计处理方法检测零件表面平整度是否满足要求，同时能够对于平整度不满足要求的部位进行准确定位，整个方法便捷易于实现，且实际工作中，大大提高了工作的效率，具有优良的检测效果。

Description

一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法。

背景技术

零件尺寸精度的测量在制造领域的需求越来越显得迫切，特别是非接触式的测量方法，在诸如航空航天、精密制造、军事等领域都具有越来越广泛的运用。对零件尺寸形状的测量主要可以分为接触式和非接触式两类方法。接触式测量是测量头与工件表面直接进行接触而测量，沿着一定的路径进行扫描运动。其缺点是显而易见的，即很容易对被测表面造成一定程度的损伤，特别在某些精度要求高的场合，该方法更是不可取。

传统非接触式检测技术中有一种超高速实时三维视觉测量装置及方法，该测量装置主要包括：一个或一个以上的激光位移传感器、面阵摄像机；该测量方法包括：利用激光位移传感器、面阵摄像机和平面靶标获得三维测量基准点和空间直线方程，基于所获得的测量基准点和空间直线方程，根据测得的被测物位移，计算被测物处于不同位置的被测光点在全局坐标系下的坐标完成对被测物的超高速实时三维视觉测量。但是目前关于工件平整度的检测***大都是基于三维模型，导致计算量大，耗时较多。

发明内容

针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种全新设计，能够有效实现零件平整度测量，且运算量小，工作效率高的基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法，包括如下步骤：

步骤001.选择一块表面平整的平板，根据平整度检测精度要求，在该平板的平整面上阵列排布印制圆形图案，构成参考平板；

步骤002.将参考平板与被测零件成45°夹角放置，且参考平板上圆形图案所在面面向被测零件的被测面，并让图像捕获装置的图像捕获方向以与参考平板上圆形图案所在面相平行的方向指向被测零件的被测面，获取参考平板上圆形图案经被测零件被测表面得到的镜面图像；

步骤003.根据参考平面上圆形图案的阵列排布，以相同的阵列布局对获得的镜面图像进行网格划分，使得每个网格至多包含一个对应参考平板上圆形图案的镜面图案；

步骤004.分别针对被测零件被测面图像上的各个网格进行处理，判断各个网格中的镜面图案是否完整，获取完整镜面图案；

步骤005.根据参考平板上的圆形图案，分别判断获取到的各个完整镜面图案是否发生变形，并由此判断被测零件的被测面是否平整。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤005之后还包括步骤006如下：

步骤006.根据镜面图像上坐标系与被测零件被测面上坐标系间的对应关系，针对发生变形的完整镜面图案所对应被测零件被测面上的非平整区域进行定位。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤004中，具体按照如下步骤分别针对被测零件被测面图像上的各个网格进行处理，判断各个网格中的镜面图案是否完整，获取完整镜面图案；

步骤00401.针对所述镜面图像进行二值化处理，其中，对应参考平板上圆形图案的镜面图案区域采用黑色像素进行替代，其它区域采用白色像素进行替代；

步骤00402.针对网格内的像素列由左至右逐列判断，从判断存在黑色像素点的列开始计数，直至不存在黑色像素点的列为止停止计数，获取该网格内镜面图案的像素列数n₁；针对网格内的像素行由上至下逐行判断，从判断存在黑色像素点的行开始计数，直至判断不存在黑色像素点的行为止停止计数，获取该网格内镜面图案的像素行数n₂；

步骤00403.根据预设镜面图案完整度阈值N₁，判断|n₁-n₂|是否小于N₁，若是则判断该网格内的镜面图案为完整镜面图案，否则判断该网格内的镜面图案为不完整镜面图案。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤005具体包括如下步骤：

步骤00501.将完整镜面图案的像素列数n₁和行数n₂的平均值(n₁+n₂)/2作为直径d，以此按照圆形面积获取方式，获取该完整镜面图案的预测面积S₀＝πd²/4；同时获取该完整镜面图案所在网格内实际黑色像素点的数目，作为该完整镜面图案的实际面积S；

步骤00502.根据预设完整镜面图案变形阈值N₂，判断|S-S₀|是否小于N₂，若是则判断该完整镜面图案未发生变形，该完整镜面图案所对应被测零件被测面上的区域是平整的；否则判断该完整镜面图案发生变形，该完整镜面图案所对应被测零件被测面上的区域是非平整的。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤006具体包括如下过程：

根据镜面图像上坐标系与被测零件被测面上坐标系间的对应关系 $\left\{\begin{array}{c}X=\frac{\mathrm{ax}}{X_0}\\ Y=\frac{b(x-\mathrm{\Δ})}{L}\end{array}\right.,$ 获得发生变形的完整镜面图案所对应被测零件被测面上的非平整区域的实际坐标；其中，(x,y)为镜面图像上坐标系中的坐标，(X,Y)为被测零件被测面上坐标系中的坐标， $\mathrm{\Δ}=\frac{(X_0-x)\·\left((Y_0-Y_1)\right)}{2X_0},L=L_1+\frac{x(Y_0-L_1)}{X_0},$ a、b分别为被测零件被测面的竖直和水平真实尺寸，X₀、Y₀分别表示在镜面图像上坐标系中镜面图像的竖直长度和下边缘的水平长度，L₁表示在镜面图像上坐标系中镜面图像的上边缘的水平长度。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤002中，所述图像捕获装置获取所述参考平板上圆形图案经被测零件整个被测表面得到的镜面图像。

本发明所述一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明设计基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法秉承非接触检测方式，设计全新检测方法，通过被测零件被测表面获取参考平板上图案的镜面图像，并由此设计处理方法检测零件表面平整度是否满足要求，同时能够对于平整度不满足要求的部位进行准确定位，整个方法便捷易于实现，且实际工作中，大大提高了工作的效率，具有优良的检测效果。

附图说明

图1是本发明设计基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法中硬件布局示意图；

图2是本发明设计基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法中参考平板示意图；

图3是本发明设计基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法中被测零件被测面图像示意图；

图4是本发明设计基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法中被测零件被测面俯视示意图。

其中，1.参考平板，2.图像捕获装置，3.被测零件。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明设计了一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤001.选择一块表面平整的平板，根据平整度检测精度要求，在该平板的平整面上阵列排布印制圆形图案，构成参考平板；

步骤002.将参考平板与被测零件成45°夹角放置，且参考平板上圆形图案所在面面向被测零件的被测面，并让图像捕获装置的图像捕获方向以与参考平板上圆形图案所在面相平行的方向指向被测零件的被测面，获取参考平板上圆形图案经被测零件被测表面得到的镜面图像；

步骤003.根据参考平面上圆形图案的阵列排布，以相同的阵列布局对获得的镜面图像进行网格划分，使得每个网格至多包含一个对应参考平板上圆形图案的镜面图案；

步骤004.分别针对被测零件被测面图像上的各个网格进行处理，判断各个网格中的镜面图案是否完整，获取完整镜面图案；

步骤005.根据参考平板上的圆形图案，分别判断获取到的各个完整镜面图案是否发生变形，并由此判断被测零件的被测面是否平整。

本发明基于以上设计基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法技术方案的基础之上，还进一步作了如下优选设计：如所述步骤005之后还包括步骤006如下：

步骤006.根据镜面图像上坐标系与被测零件被测面上坐标系间的对应关系，针对发生变形的完整镜面图案所对应被测零件被测面上的非平整区域进行定位。

还有针对上述步骤004，具体设计按照如下步骤分别针对被测零件被测面图像上的各个网格进行处理，判断各个网格中的镜面图案是否完整，获取完整镜面图案；

步骤00401.针对所述镜面图像进行二值化处理，其中，对应参考平板上圆形图案的镜面图案区域采用黑色像素进行替代，其它区域采用白色像素进行替代；

步骤00402.针对网格内的像素列由左至右逐列判断，从判断存在黑色像素点的列开始计数，直至不存在黑色像素点的列为止停止计数，获取该网格内镜面图案的像素列数n₁；针对网格内的像素行由上至下逐行判断，从判断存在黑色像素点的行开始计数，直至判断不存在黑色像素点的行为止停止计数，获取该网格内镜面图案的像素行数n₂；

步骤00403.根据预设镜面图案完整度阈值N₁，判断|n₁-n₂|是否小于N₁，若是则判断该网格内的镜面图案为完整镜面图案，否则判断该网格内的镜面图案为不完整镜面图案。

并且在上述针对步骤004的具体设计步骤的基础上，还针对上述步骤005具体设计了如下步骤：

步骤00501.将完整镜面图案的像素列数n₁和行数n₂的平均值(n₁+n₂)/2作为直径d，以此按照圆形面积获取方式，获取该完整镜面图案的预测面积S₀＝πd²/4；同时获取该完整镜面图案所在网格内实际黑色像素点的数目，作为该完整镜面图案的实际面积S；

步骤00502.根据预设完整镜面图案变形阈值N₂，判断|S-S₀|是否小于N₂，若是则判断该完整镜面图案未发生变形，该完整镜面图案所对应被测零件被测面上的区域是平整的；否则判断该完整镜面图案发生变形，该完整镜面图案所对应被测零件被测面上的区域是非平整的。

除此之外，针对上述步骤006中被测零件被测面上不平整区域的定位具体设计了采用如下方法：

根据镜面图像上坐标系与被测零件被测面上坐标系间的对应关系 $\left\{\begin{array}{c}X=\frac{\mathrm{ax}}{X_0}\\ Y=\frac{b(x-\mathrm{\Δ})}{L}\end{array}\right.,$ 获得发生变形的完整镜面图案所对应被测零件被测面上的非平整区域的实际坐标；其中，(x,y)为镜面图像上坐标系中的坐标，(X,Y)为被测零件被测面上坐标系中的坐标， $\mathrm{\Δ}=\frac{(X_0-x)\·\left((Y_0-Y_1)\right)}{2X_0},L=L_1+\frac{x(Y_0-L_1)}{X_0},$ a、b分别为被测零件被测面的竖直和水平真实尺寸，X₀、Y₀分别表示在镜面图像上坐标系中镜面图像的竖直长度和下边缘的水平长度，L₁表示在镜面图像上坐标系中镜面图像的上边缘的水平长度。

基于以上设计的技术方案加之优选技术方案在实际应用过程当中，其中所述步骤002中，所述图像捕获装置获取所述参考平板上圆形图案经被测零件整个被测表面得到的镜面图像，能够大大提高被测零件被测面平整度的检测效率；并且实际应用中，所述图像捕获装置为高像素数码相机。

综上所述，本发明设计的基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法在实际应用过程当中，具体包括如下步骤：

步骤001.选择一块表面平整的平板，根据平整度检测精度要求，在该平板的平整面上阵列排布印制圆形图案，构成参考平板，如图2所示，实际应用中，若实际测量的精度要求较高，可以使圆形图案的直径减小，以此增加平板上圆形图案的个数，使其更加紧密地进行阵列排布，构成参考平板；

步骤002.如图1所示，将被测零件的被测面水平放置，且被测零件的被测面竖直向上，将参考平板与被测零件成45°夹角放置，且参考平板上圆形图案所在面面向被测零件的被测面，并让图像捕获装置的图像捕获方向以与参考平板上圆形图案所在面相平行的方向指向被测零件的被测面，即此时高像素数码相机的图像捕获方向与参考平板上圆形图案所在面呈45°夹角，高像素数码相机获取参考平板上圆形图案经被测零件整个被测表面得到的镜面图像。根据镜像原理可知，镜像与高像素数码相机图像捕获方向是成直角的，因此此时，高像素数码相机获取到被测零件的被测面图像是被测零件被测面的正视图，因此所获得到的图案不会因为直角的问题产生变形，因此，只要被测零件的被测面足够平整光滑，通过被测零件的被测面所得到的镜面图案仍然会是标准的圆形；

步骤003.根据参考平面上圆形图案的阵列排布，以相同的阵列布局对获得的镜面图像进行网格划分，使得每个网格至多包含一个对应参考平板上圆形图案的镜面图案，如图3所示；

步骤004.具体按照如下步骤分别针对被测零件被测面图像上的各个网格进行处理，判断各个网格中的镜面图案是否完整，获取完整镜面图案；

步骤00401.针对所述镜面图像进行二值化处理，其中，对应参考平板上圆形图案的镜面图案区域采用黑色像素进行替代，其它区域采用白色像素进行替代；

步骤00402.针对网格内的像素列由左至右逐列判断，从判断存在黑色像素点的列开始计数，直至不存在黑色像素点的列为止停止计数，获取该网格内镜面图案的像素列数n₁，其中，针对网格内的像素列从最左边的一列开始，针对该列由上向下逐个像素点进行判断，判断该列是否存在黑色像素点，若没有，则说明该列还没有到镜面图案，则继续判断右边一列的像素点，直到某一列存在黑色像素点，说明已经遇到镜面图案，继续向右判断，判断这一列是否存在黑色像素点，若有，则继续判断右边一列，直到某一列不存在黑色像素点为止，说明此时已经到了镜面图案的右边缘，此时统计此时检测到的存在黑色像素点的列数n₁；

针对网格内的像素行由上至下逐行判断，从判断存在黑色像素点的行开始计数，直至判断不存在黑色像素点的行为止停止计数，获取该网格内镜面图案的像素行数n₂，其中，针对网格内的像素行从最上边的一行开始，针对该行由左向右逐个像素点进行判断，判断该行是否存在黑色像素点，若没有，则说明该行还没有到镜面图案，则继续判断下边一行的像素点，直到某一行存在黑色像素点，说明已经遇到镜面图案，继续向下判断，判断这一行是否存在黑色像素点，若有，则继续判断下边一行，直到某一行不存在黑色像素点为止，说明此时已经到了镜面图案的下边缘，此时统计此时检测到的存在黑色像素点的行数n₂；

步骤00403.根据预设镜面图案完整度阈值N₁，判断|n₁-n₂|是否小于N₁，若是则判断该网格内的镜面图案为完整镜面图案，否则判断该网格内的镜面图案为不完整镜面图案；

步骤005.根据参考平板上的圆形图案，分别判断获取到的各个完整镜面图案是否发生变形，并由此判断被测零件的被测面是否平整，具体包括如下步骤：

步骤00501.将完整镜面图案的像素列数n₁和行数n₂的平均值(n₁+n₂)/2作为直径d，以此按照圆形面积获取方式，获取该完整镜面图案的预测面积S₀＝πd²/4；同时获取该完整镜面图案所在网格内实际黑色像素点的数目，作为该完整镜面图案的实际面积S；

步骤00502.根据预设完整镜面图案变形阈值N₂，判断|S-S₀|是否小于N₂，若是则判断该完整镜面图案未发生变形，该完整镜面图案所对应被测零件被测面上的区域是平整的；否则判断该完整镜面图案发生变形，该完整镜面图案所对应被测零件被测面上的区域是非平整的；

步骤006.根据镜面图像上坐标系(图3所示)与被测零件被测面上坐标系(图4所示)间的对应关系，针对发生变形的完整镜面图案所对应被测零件被测面上的非平整区域进行定位，实现被测零件被测面上不平整区域的定位，具体包括如下过程：

根据镜面图像上坐标系与被测零件被测面上坐标系间的对应关系 $\left\{\begin{array}{c}X=\frac{\mathrm{ax}}{X_0}\\ Y=\frac{b(x-\mathrm{\Δ})}{L}\end{array}\right.,$ 获得发生变形的完整镜面图案所对应被测零件被测面上的非平整区域的实际坐标；其中，(x,y)为镜面图像上坐标系中的坐标，(X,Y)为被测零件被测面上坐标系中的坐标， $\mathrm{\Δ}=\frac{(X_0-x)\·\left((Y_0-Y_1)\right)}{2X_0},L=L_1+\frac{x(Y_0-L_1)}{X_0},$ a、b分别为被测零件被测面的竖直和水平真实尺寸，X₀、Y₀分别表示在镜面图像上坐标系中镜面图像的竖直长度和下边缘的水平长度，L₁表示在镜面图像上坐标系中镜面图像的上边缘的水平长度。

综上所述，本发明设计基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法秉承非接触检测方式，设计全新检测方法，通过被测零件被测表面获取参考平板上图案的镜面图像，并由此设计处理方法检测零件表面平整度是否满足要求，同时能够对于平整度不满足要求的部位进行准确定位，整个方法便捷易于实现，且实际工作中，大大提高了工作的效率，具有优良的检测效果。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤001.选择一块表面平整的平板，根据平整度检测精度要求，在该平板的平整面上阵列排布印制圆形图案，构成参考平板；

步骤002.将参考平板与被测零件成45°夹角放置，且参考平板上圆形图案所在面面向被测零件的被测面，并让图像捕获装置的图像捕获方向以与参考平板上圆形图案所在面相平行的方向指向被测零件的被测面，获取参考平板上圆形图案经被测零件被测表面得到的镜面图像；

步骤003.根据参考平面上圆形图案的阵列排布，以相同的阵列布局对获得的镜面图像进行网格划分，使得每个网格至多包含一个对应参考平板上圆形图案的镜面图案；

步骤004.分别针对被测零件被测面图像上的各个网格进行处理，判断各个网格中的镜面图案是否完整，获取完整镜面图案；

步骤005.根据参考平板上的圆形图案，分别判断获取到的各个完整镜面图案是否发生变形，并由此判断被测零件的被测面是否平整。

2.根据权利要求1所述一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法，其特征在于，所述步骤005之后还包括步骤006如下：

步骤006.根据镜面图像上坐标系与被测零件被测面上坐标系间的对应关系，针对发生变形的完整镜面图案所对应被测零件被测面上的非平整区域进行定位。

3.根据权利要求1或2所述一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法，其特征在于，所述步骤004中，具体按照如下步骤分别针对被测零件被测面图像上的各个网格进行处理，判断各个网格中的镜面图案是否完整，获取完整镜面图案；

步骤00401.针对所述镜面图像进行二值化处理，其中，对应参考平板上圆形图案的镜面图案区域采用黑色像素进行替代，其它区域采用白色像素进行替代；

步骤00402.针对网格内的像素列由左至右逐列判断，从判断存在黑色像素点的列开始计数，直至不存在黑色像素点的列为止停止计数，获取该网格内镜面图案的像素列数n₁；针对网格内的像素行由上至下逐行判断，从判断存在黑色像素点的行开始计数，直至判断不存在黑色像素点的行为止停止计数，获取该网格内镜面图案的像素行数n₂；

步骤00403.根据预设镜面图案完整度阈值N₁，判断|n₁-n₂|是否小于N₁，若是则判断该网格内的镜面图案为完整镜面图案，否则判断该网格内的镜面图案为不完整镜面图案。

4.根据权利要求3所述一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法，其特征在于，所述步骤005具体包括如下步骤：

步骤00501.将完整镜面图案的像素列数n₁和行数n₂的平均值(n₁+n₂)/2作为直径d，以此按照圆形面积获取方式，获取该完整镜面图案的预测面积S₀＝πd²/4；同时获取该完整镜面图案所在网格内实际黑色像素点的数目，作为该完整镜面图案的实际面积S；

步骤00502.根据预设完整镜面图案变形阈值N₂，判断|S-S₀|是否小于N₂，若是则判断该完整镜面图案未发生变形，该完整镜面图案所对应被测零件被测面上的区域是平整的；否则判断该完整镜面图案发生变形，该完整镜面图案所对应被测零件被测面上的区域是非平整的。

5.根据权利要求2所述一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法，其特征在于，所述步骤006具体包括如下过程：

根据镜面图像上坐标系与被测零件被测面上坐标系间的对应关系 $\left\{\begin{array}{c}X=\frac{\mathrm{ax}}{X_0}\\ Y=\frac{b(x-\mathrm{\Δ})}{L}\end{array}\right.,$ 获得发生变形的完整镜面图案所对应被测零件被测面上的非平整区域的实际坐标；其中，(x,y)为镜面图像上坐标系中的坐标，(X,Y)为被测零件被测面上坐标系中的坐标， a、b分别为被测零件被测面的竖直和水平真实尺寸，X₀、Y₀分别表示在镜面图像上坐标系中镜面图像的竖直长度和下边缘的水平长度，L₁表示在镜面图像上坐标系中镜面图像的上边缘的水平长度。

6.根据权利要求1所述一种基于镜面图像处理的零件表面平整度检测方法，其特征在于，所述步骤002中，所述图像捕获装置获取所述参考平板上圆形图案经被测零件整个被测表面得到的镜面图像。