CN109459970B - 一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***及复位方法 - Google Patents

一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***及复位方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***及复位方法，属于椭圆孔电位器角度复位技术领域，特别是涉及一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***及复位方法。解决了现有电参数检测过程中对椭圆孔的角度复位操作主要采用人工方式，成本高、效率低，准确性也难以长时间保证的问题。它包括PLC控制***、CAN总线、角度检测装置和角度复位装置，同时提供了相应的复位方法。它主要用于椭圆孔电位器角度的复位。

Description

一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***及复位方法
技术领域
本发明属于椭圆孔电位器角度复位技术领域，特别是涉及一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***及复位方法。
背景技术
椭圆孔电位器生产过程中需要对电位器的零阻和滑动噪声等电参数进行检测，检测步骤为：首先将椭圆孔顺时针旋转至初始位检测零阻，再将椭圆孔从初始位逆时针旋转至结束位检测滑动噪声。但由于生产工艺的问题，流水线上生产出的电位器上的椭圆孔通常为任意角度。目前，生产企业在电参数检测过程中对椭圆孔的角度复位操作主要采用人工方式，当待检测电位器进入电参数检测工位的夹具后，人工旋转至初始位再进行检测。采用人工复位方式不仅成本高、效率低，准确性也难以长时间保证。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***及复位方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***，它包括PLC控制***、CAN总线、角度检测装置和角度复位装置，所述PLC控制***与CAN总线通讯连接，所述角度检测装置包括摄像头和工控机，所述摄像头安装在待检测电位器夹具的正上方，所述摄像头通过千兆以太网与工控机通讯连接，所述工控机通过RS485模块与PLC控制***通讯连接，所述角度复位装置包括气缸、伺服电机和批头，所述气缸的伸缩杆与伺服电机相连，所述伺服电机输出轴与批头固定相连，所述伺服电机与CAN总线通讯连接，所述气缸通过I/O模块与CAN总线通讯连接，所述角度复位装置位于待复位电位器夹具的正上方，所述角度检测装置所在的区域为角度检测工位，所述角度复位装置所在的区域为角度复位工位。
更进一步的，所述批头为椭圆形结构。
本发明还提供了一种基于视觉的椭圆孔电位器角度的复位方法，它包括以下步骤：
步骤一：当电位器进入角度检测工位的夹具后，PLC控制***通过RS485模块向工控机输送一个角度检测工位就绪信号；
步骤二：工控机获得角度检测工位就绪信号后，通过千兆以太网向摄像头输送一个触发信号；
步骤三：摄像头获得触发信号后，拍摄一幅图像，并通过千兆以太网向工控机传送拍摄的图像；
步骤四：工控机获得图像后，根据角度检测算法计算椭圆孔偏转角度，并将该偏转角度通过RS485模块输送给PLC控制***；
步骤五：PLC控制***获得椭圆孔偏转角度后，将该偏转角度通过CAN总线输送给角度复位装置中的伺服电机，同时通过CAN总线通知电位器传送机构将电位器传送到角度复位工位；
步骤六：角度复位装置中的伺服电机获得偏转角度后，伺服电机从初始位逆时针旋转至该偏转角度，旋转完毕后通过CAN总线输送一个伺服电机就绪信号给PLC控制***；
步骤七：电位器进入角度复位工位的夹具后，通过CAN总线输送一个角度复位工位就绪信号给PLC控制***；
步骤八：PLC控制***同时接收到伺服电机就绪信号和角度复位工位就绪信号后，通过CAN总线向气缸输送触发信号；
步骤九：气缸接收到触发信号后，从高位向下运动至低位，使批头进入椭圆孔中，完毕后通过CAN总线向PLC控制***输送一个气缸伸出信号；
步骤十：PLC控制***接收到气缸伸出信号后，通过CAN总线向伺服电机输送触发信号；
步骤十一：伺服电机接收到触发信号后，顺时针旋转步骤六中接收到的偏转角度，使椭圆孔旋转至初始位，完毕后通过CAN总线向PLC控制***输送一个角度复位完毕信号；
步骤十二：PLC控制***接收到角度复位完毕信号后，通过CAN总线通知气缸从低位向上运动至高位，并通知伺服电机旋转至初始位，同时通知电位器传送机构将电位器传送到电参数检测工位。
更进一步的，所述角度检测算法包括以下步骤：
步骤一：从角度检测装置摄像头拍摄的图像中心，截取700×700像素大小的正方形图像子块，作为检测算法的输入图像；
步骤二：在颜色名空间中提取输入图像的白色通道，并归一化到[0,1]区间；
步骤三：在归一化后的图像中，采用8连通的方式清除掉比周围更亮且与图像边界相连接的前景区域；
步骤四：构造半径为10的圆盘型结构，并利用该结构对清除边界区域后的图像执行腐蚀操作；
步骤五：将腐蚀后的图像作为标记图像，将清除边界区域后的图像作为掩模图像，执行形态学重构，去掉椭圆孔区域外的比周围更亮的前景区域；
步骤六：将形态学重构后的图像归一化到[0,1]区间，并采用阈值0.5执行二值化操作，得到仅包含椭圆孔区域的二值图像；
步骤七：计算二值图像中椭圆孔区域的质心坐标[x0,y0]和主轴角度α∈[0°,180°]两个描述子，并利用上述两个描述子得到通过坐标点[x0,y0]、角度为α的主轴直线方程；
步骤八：采用Sobel算子对包含椭圆孔区域的二值图像执行边缘检测，得到椭圆孔区域边缘上各像素点的坐标；
步骤九：计算边缘上各像素点坐标到主轴直线的距离，其中距离最大的点即为缺口尖点，该点坐标记为[xp,yp]；
步骤十：利用椭圆孔区域质心坐标[x0,y0]、主轴角度α、以及缺口尖点坐标[xp,yp]，计算得到椭圆孔的偏转角度β，计算公式为：
其中α0为椭圆孔电位器标准元件初始位的主轴角度。
更进一步的，所述角度检测算法中α0的计算过程包括以下步骤：
步骤一：将椭圆孔电位器标准元件中的椭圆孔人工旋转至初始位，放入角度检测工位的夹具中；
步骤二：通过角度检测装置的摄像头拍摄一幅图像；
步骤三：采用角度检测算法步骤一至步骤七所述的方法计算椭圆孔主轴角度，得到的主轴角度即为α0。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用图像触发采集模块采集待检测椭圆孔电位器的图像信息，并通过定义的角度检测算法，利用角度复位装置实现对椭圆孔电位器的角度自动复位操作；显著减少人工复位成本，增加角度复位准确率，提高检测效率，投入小，便于操作，具有极大的市场前景。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***结构示意图
图2为本发明所述的一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位方法流程框图
图3为本发明所述的一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位方法采集的椭圆孔电位器示意图
图4为本发明所述的一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位方法采集的椭圆孔角度初始位示意图
图5为本发明所述的一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位方法采集的椭圆孔角度结束位示意图
图6为图4提取颜色名空间中的白色通道并归一化的结果示意图
图7为图6清除边界区域的结果示意图
图8为图7形态学重构的结果示意图
图9为图8归一化并二值化的结果示意图
图10为图9边缘检测的结果示意图
图11为本发明所述的角度检测算法得到的初始位主轴角度α0的示意图
图12为本发明所述的角度检测算法得到图3椭圆孔偏转角度β的示意图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。
参见图1-12说明本实施方式，一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***，它包括PLC控制***、CAN总线、角度检测装置和角度复位装置，所述PLC控制***与CAN总线通讯连接，所述角度检测装置包括摄像头和工控机，所述摄像头安装在待检测电位器夹具的正上方，所述摄像头通过千兆以太网与工控机通讯连接，所述工控机通过RS485模块与PLC控制***通讯连接，所述角度复位装置包括气缸、伺服电机和批头，所述气缸的伸缩杆与伺服电机相连，所述伺服电机输出轴与批头固定相连，所述伺服电机与CAN总线通讯连接，所述气缸通过I/O模块与CAN总线通讯连接，所述角度复位装置位于待复位电位器夹具的正上方，所述角度检测装置所在的区域为角度检测工位，所述角度复位装置所在的区域为角度复位工位。
所述批头为椭圆形结构，便于批头进入椭圆孔中并对椭圆孔进行复位操作。
本发明同时提供了一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位方法，它包括以下步骤：
步骤一：当电位器进入角度检测工位的夹具后，PLC控制***通过RS485模块向工控机输送一个角度检测工位就绪信号；
步骤二：工控机获得角度检测工位就绪信号后，通过千兆以太网向摄像头输送一个触发信号；
步骤三：摄像头获得触发信号后，拍摄一幅图像，并通过千兆以太网向工控机传送拍摄的图像；
步骤四：工控机获得图像后，根据角度检测算法计算椭圆孔偏转角度，并将该偏转角度通过RS485模块输送给PLC控制***；
步骤五：PLC控制***获得椭圆孔偏转角度后，将该偏转角度通过CAN总线输送给角度复位装置中的伺服电机，同时通过CAN总线通知电位器传送机构将电位器传送到角度复位工位；
步骤六：角度复位装置中的伺服电机获得偏转角度后，伺服电机从初始位逆时针旋转至该偏转角度，旋转完毕后通过CAN总线输送一个伺服电机就绪信号给PLC控制***；
步骤七：电位器进入角度复位工位的夹具后，通过CAN总线输送一个角度复位工位就绪信号给PLC控制***；
步骤八：PLC控制***同时接收到伺服电机就绪信号和角度复位工位就绪信号后，通过CAN总线向气缸输送触发信号；
步骤九：气缸接收到触发信号后，从高位向下运动至低位，使批头进入椭圆孔中，完毕后通过CAN总线向PLC控制***输送一个气缸伸出信号；
步骤十：PLC控制***接收到气缸伸出信号后，通过CAN总线向伺服电机输送触发信号；
步骤十一：伺服电机接收到触发信号后，顺时针旋转步骤六中接收到的偏转角度，使椭圆孔旋转至初始位，完毕后通过CAN总线向PLC控制***输送一个角度复位完毕信号；
步骤十二：PLC控制***接收到角度复位完毕信号后，通过CAN总线通知气缸从低位向上运动至高位，并通知伺服电机旋转至初始位，同时通知电位器传送机构将电位器传送到电参数检测工位。
角度检测算法包括以下步骤：
步骤一：从角度检测装置摄像头拍摄的图像中心，截取700×700像素大小的正方形图像子块，作为检测算法的输入图像；
步骤二：在颜色名空间中提取输入图像的白色通道，并归一化到[0,1]区间；
步骤三：在归一化后的图像中，采用8连通的方式清除掉比周围更亮且与图像边界相连接的前景区域；
步骤四：构造半径为10的圆盘型结构，并利用该结构对清除边界区域后的图像执行腐蚀操作；
步骤五：将腐蚀后的图像作为标记图像，将清除边界区域后的图像作为掩模图像，执行形态学重构，去掉椭圆孔区域外的比周围更亮的前景区域；
步骤六：将形态学重构后的图像归一化到[0,1]区间，并采用阈值0.5执行二值化操作，得到仅包含椭圆孔区域的二值图像；
步骤七：计算二值图像中椭圆孔区域的质心坐标[x0,y0]和主轴角度α∈[0°,180°]两个描述子，并利用上述两个描述子得到通过坐标点[x0,y0]、角度为α的主轴直线方程；
步骤八：采用Sobel算子对包含椭圆孔区域的二值图像执行边缘检测，得到椭圆孔区域边缘上各像素点的坐标；
步骤九：计算边缘上各像素点坐标到主轴直线的距离，其中距离最大的点即为缺口尖点，该点坐标记为[xp,yp]；
步骤十：利用椭圆孔区域质心坐标[x0,y0]、主轴角度α、以及缺口尖点坐标[xp,yp]，计算得到椭圆孔的偏转角度β，计算公式为：
其中α0为椭圆孔电位器标准元件初始位的主轴角度。
角度检测算法中α0的计算过程包括以下步骤：
步骤一：将椭圆孔电位器标准元件中的椭圆孔人工旋转至初始位，放入角度检测工位的夹具中；
步骤二：通过角度检测装置的摄像头拍摄一幅图像；
步骤三：采用角度检测算法步骤一至步骤七所述的方法计算椭圆孔主轴角度，得到的主轴角度即为α0。
以上对本发明所提供的一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***及复位方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***的复位方法，所述复位***包括PLC控制***、CAN总线、角度检测装置和角度复位装置，所述PLC控制***与CAN总线通讯连接，所述角度检测装置包括摄像头和工控机，所述摄像头安装在待检测电位器夹具的正上方，所述摄像头通过千兆以太网与工控机通讯连接，所述工控机通过RS485模块与PLC控制***通讯连接，所述角度复位装置包括气缸、伺服电机和批头，所述气缸的伸缩杆与伺服电机相连，所述伺服电机输出轴与批头固定相连，所述伺服电机与CAN总线通讯连接，所述气缸通过I/O模块与CAN总线通讯连接，所述角度复位装置位于待复位电位器夹具的正上方，所述角度检测装置所在的区域为角度检测工位，所述角度复位装置所在的区域为角度复位工位，其特征在于：所述复位方法包括以下步骤：
步骤一：当电位器进入角度检测工位的夹具后，PLC控制***通过RS485模块向工控机输送一个角度检测工位就绪信号；
步骤二：工控机获得角度检测工位就绪信号后，通过千兆以太网向摄像头输送一个触发信号；
步骤三：摄像头获得触发信号后，拍摄一幅图像，并通过千兆以太网向工控机传送拍摄的图像；
步骤四：工控机获得图像后，根据角度检测算法计算椭圆孔偏转角度，并将该偏转角度通过RS485模块输送给PLC控制***；
步骤五：PLC控制***获得椭圆孔偏转角度后，将该偏转角度通过CAN总线输送给角度复位装置中的伺服电机，同时通过CAN总线通知电位器传送机构将电位器传送到角度复位工位；
步骤六：角度复位装置中的伺服电机获得偏转角度后，伺服电机从初始位逆时针旋转至该偏转角度，旋转完毕后通过CAN总线输送一个伺服电机就绪信号给PLC控制***；
步骤七：电位器进入角度复位工位的夹具后，通过CAN总线输送一个角度复位工位就绪信号给PLC控制***；
步骤八：PLC控制***同时接收到伺服电机就绪信号和角度复位工位就绪信号后，通过CAN总线向气缸输送触发信号；
步骤九：气缸接收到触发信号后，从高位向下运动至低位，使批头进入椭圆孔中，完毕后通过CAN总线向PLC控制***输送一个气缸伸出信号；
步骤十：PLC控制***接收到气缸伸出信号后，通过CAN总线向伺服电机输送触发信号；
步骤十一：伺服电机接收到触发信号后，顺时针旋转步骤六中接收到的偏转角度，使椭圆孔旋转至初始位，完毕后通过CAN总线向PLC控制***输送一个角度复位完毕信号；
步骤十二：PLC控制***接收到角度复位完毕信号后，通过CAN总线通知气缸从低位向上运动至高位，并通知伺服电机旋转至初始位，同时通知电位器传送机构将电位器传送到电参数检测工位，
所述角度检测算法包括以下步骤：
步骤一：从角度检测装置摄像头拍摄的图像中心，截取700×700像素大小的正方形图像子块，作为检测算法的输入图像；
步骤二：在颜色名空间中提取输入图像的白色通道，并归一化到[0,1]区间；
步骤三：在归一化后的图像中，采用8连通的方式清除掉比周围更亮且与图像边界相连接的前景区域；
步骤四：构造半径为10的圆盘型结构，并利用该结构对清除边界区域后的图像执行腐蚀操作；
步骤五：将腐蚀后的图像作为标记图像，将清除边界区域后的图像作为掩模图像，执行形态学重构，去掉椭圆孔区域外的比周围更亮的前景区域；
步骤六：将形态学重构后的图像归一化到[0,1]区间，并采用阈值0.5执行二值化操作，得到仅包含椭圆孔区域的二值图像；
步骤七：计算二值图像中椭圆孔区域的质心坐标[x0,y0]和主轴角度α∈[0°,180°]两个描述子，并利用上述两个描述子得到通过坐标点[x0,y0]、角度为α的主轴直线方程；
步骤八：采用Sobel算子对包含椭圆孔区域的二值图像执行边缘检测，得到椭圆孔区域边缘上各像素点的坐标；
步骤九：计算边缘上各像素点坐标到主轴直线的距离，其中距离最大的点即为缺口尖点，该点坐标记为[xp,yp]；
步骤十：利用椭圆孔区域质心坐标[x0,y0]、主轴角度α、以及缺口尖点坐标[xp,yp]，计算得到椭圆孔的偏转角度β，计算公式为：
其中α0为椭圆孔电位器标准元件初始位的主轴角度。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***的复位方法，其特征在于：所述角度检测算法中α0的计算过程包括以下步骤：
步骤一：将椭圆孔电位器标准元件中的椭圆孔人工旋转至初始位，放入角度检测工位的夹具中；
步骤二：通过角度检测装置的摄像头拍摄一幅图像；
步骤三：采用角度检测算法步骤一至步骤七所述的方法计算椭圆孔主轴角度，得到的主轴角度即为α0。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉的椭圆孔电位器角度复位***的复位方法，其特征在于：所述批头为椭圆形结构。
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