一種旋轉(zhuǎn)體非接觸檢測(cè)信號(hào)處理方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明是一種信號(hào)處理方法，用于旋轉(zhuǎn)體的在線非接觸檢測(cè)。本方法將光學(xué)傳感器采集的旋轉(zhuǎn)體表面輪廓矩陣信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列處理步驟，轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)體表面輪廓的幾何參數(shù)。其中信號(hào)處理主要包括值映射，目標(biāo)定位，降噪，邊界跟蹤，二值化，形位識(shí)別，座標(biāo)校正，參數(shù)擬合，得到待檢測(cè)的幾何參數(shù)。轉(zhuǎn)化得到的幾何參數(shù)，包括圓弧半徑，圓心座標(biāo)，直線夾角，直線角頂點(diǎn)座標(biāo)。幾何參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而判定被測(cè)對(duì)象是否合格。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種旋轉(zhuǎn)體非接觸檢測(cè)信號(hào)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及計(jì)算機(jī)對(duì)旋轉(zhuǎn)體輪廓信號(hào)的分析和處理，以達(dá)到對(duì)旋轉(zhuǎn)體輪廓幾何參數(shù)的測(cè)量的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)體零件被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、汽車(chē)、船舶、航空航天、兵器等行業(yè)的輪、軸、外殼等部件上，其主要特征是由一個(gè)基本的輪廓線繞一根固定軸線旋轉(zhuǎn)而成。在很多應(yīng)用中對(duì)旋轉(zhuǎn)體的外形尺寸都有著較為嚴(yán)格的要求，目前工業(yè)上對(duì)旋轉(zhuǎn)體的測(cè)量主要通過(guò)人工卡尺測(cè)量和輪廓儀測(cè)量等手段。人工卡尺測(cè)量方法只能對(duì)一條輪廓線上的某一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于不便于夾持的地方容易出現(xiàn)測(cè)不準(zhǔn)等現(xiàn)象；輪廓儀能在一條輪廓線上進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，但是存在測(cè)量速度慢、測(cè)量?jī)x器貴、必須采用接觸測(cè)量等缺點(diǎn)。在現(xiàn)有的非接觸測(cè)量技術(shù)中，大多數(shù)都是針對(duì)產(chǎn)品缺陷的定性檢測(cè)，針對(duì)外形輪廓尺寸的測(cè)量中，存在誤差較大，檢測(cè)速度慢，穩(wěn)定性較差等問(wèn)題。本項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利實(shí)現(xiàn)了非接觸旋轉(zhuǎn)體輪廓尺寸測(cè)量中的快速，精確和穩(wěn)定的檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)旋轉(zhuǎn)體輪廓的檢測(cè)信號(hào)，提供一種快速，精確，穩(wěn)定的處理方法，將原始的檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為待測(cè)量的幾何參數(shù)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)所述的目的，本發(fā)明提供的信號(hào)處理方法，分以下步驟實(shí)現(xiàn)(除明確注明夕卜，以下每一個(gè)步驟均在前一個(gè)步驟處理結(jié)果基礎(chǔ)上進(jìn)行):
[0005]步驟S1:從光學(xué)傳感器采集原始信號(hào)。
[0006]步驟S2:將原始信號(hào)按照預(yù)定的規(guī)則進(jìn)行值映射。
[0007]步驟S3:將信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，確定目標(biāo)區(qū)域位置。
[0008]步驟S4:將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行降噪處理。
[0009]步驟S5:將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行邊界跟蹤，并進(jìn)行二值化處理。
[0010]步驟S6:將二值化的邊界信號(hào)進(jìn)行座標(biāo)校正。
[0011]步驟S7:將座標(biāo)校正后的二值化邊界信號(hào)進(jìn)行幾何形狀擬合，計(jì)算得出幾何參數(shù)。
[0012]步驟SI所述的原始信號(hào)由矩陣組成，矩陣中的每一個(gè)元素為非負(fù)整數(shù)，其值的大小代表了該位置信號(hào)的強(qiáng)度。
[0013]步驟S2對(duì)信號(hào)矩陣中每一個(gè)元素進(jìn)行處理，按照指定的映射規(guī)則，將其值映射為相同或不同的值。
[0014]步驟S3所述的目標(biāo)區(qū)域是原始信號(hào)矩陣的一個(gè)子矩陣。目標(biāo)區(qū)域由以下四個(gè)參數(shù)唯一確定:1)目標(biāo)區(qū)域左上角元素在原始信號(hào)矩陣的行座標(biāo)，2)目標(biāo)區(qū)域左上角元素在原始信號(hào)矩陣的列座標(biāo)，3)目標(biāo)區(qū)域的行數(shù)，4)目標(biāo)區(qū)域的列數(shù)。確定目標(biāo)區(qū)域位置，即確定上述四個(gè)參數(shù)的值。目標(biāo)區(qū)域中的信號(hào)，應(yīng)當(dāng)包含被測(cè)對(duì)象輪廓的全部信息。所述的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，是根據(jù)被測(cè)旋轉(zhuǎn)體的理論設(shè)計(jì)參數(shù)而構(gòu)造的信號(hào)。將標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)與實(shí)際信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，在實(shí)際信號(hào)中與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)相似度最大的區(qū)域即為目標(biāo)區(qū)域。
[0015]步驟S4所述的降噪處理是依次對(duì)于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的每一個(gè)元素進(jìn)行處理，將元素的值進(jìn)行改變，改變后的元素值依據(jù)元素原值和該元素相鄰區(qū)域內(nèi)的值經(jīng)計(jì)算得出。降噪處理中對(duì)于每個(gè)元素值的改變，可以進(jìn)行一次或迭代多次，每次使用不同的相鄰區(qū)域大小及形狀，以及不同的計(jì)算參數(shù)。
[0016]步驟S5所述的邊界跟蹤，是根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度、變化率和連續(xù)性，確定被測(cè)對(duì)象的邊界。所述的二值化處理是在邊界處將信號(hào)置為1，其余元素置為O。
[0017]步驟S6所述的座標(biāo)校正，是將二值化的邊界信號(hào)中值為I的元素座標(biāo)通過(guò)座標(biāo)校正表由離散的整數(shù)座標(biāo)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的實(shí)數(shù)座標(biāo)。
[0018]步驟S7所述的幾何形狀擬合，是將校正后的邊界座標(biāo)進(jìn)行幾何形狀的擬合，計(jì)算出幾何參數(shù)，包括直線的夾角，直線角頂點(diǎn)座標(biāo)，圓弧的曲率半徑，圓心，使得校正后的邊界座標(biāo)與幾何形狀的理論座標(biāo)之間總體誤差最小。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明示意圖【具體實(shí)施方式】
[0020]下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]本發(fā)明提供了一種針對(duì)旋轉(zhuǎn)體輪廓尺寸的非接觸檢測(cè)信號(hào)的處理方法。該方法的總體輸入是光學(xué)傳感器采集到的矩陣信號(hào)，總體輸出是被測(cè)對(duì)象輪廓的各項(xiàng)幾何參數(shù)。
[0022]信號(hào)處理過(guò)程分為七個(gè)步驟，以下分別詳細(xì)說(shuō)明
[0023]第一步SI，從光學(xué)傳感器獲取原始信號(hào)。原始信號(hào)的類(lèi)型是一個(gè)數(shù)值矩陣，矩陣中每個(gè)元素為一個(gè)非負(fù)整數(shù)，代表該位置的信號(hào)強(qiáng)度。通常情況下，目標(biāo)對(duì)象位置的信號(hào)強(qiáng)，而背景的信號(hào)弱。
[0024]第二步S2，將原始信號(hào)矩陣中的每一個(gè)元素值按照一定規(guī)則進(jìn)行映射。這里所述的映射規(guī)則，通常以映射表的形式提供，例如:
[0025](R1, M1)
[0026](R2，M2)
[0027](R3，M3)
[0028](R4，M4)
[0029](Rn, Mn)
[0030]這里的Ri是原值，Mi是映射的新值。(ie[l，n])
[0031]對(duì)信號(hào)矩陣中的每一個(gè)元素進(jìn)行處理，當(dāng)其值等于Ri時(shí)，將其值置為M”
[0032]第三步S3，將實(shí)際信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，確定目標(biāo)區(qū)域的位置。這里的實(shí)際信號(hào)，是上一步驟處理后的信號(hào)，與本步驟中的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)相區(qū)分。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是根據(jù)被測(cè)對(duì)象設(shè)計(jì)的理論尺寸構(gòu)造的信號(hào)，同樣為矩陣的形式。但是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的矩陣大小要小于實(shí)際信號(hào)。實(shí)際信號(hào)中，真正體現(xiàn)被測(cè)對(duì)象輪廓信息的，也只是其中的一個(gè)區(qū)域。本步驟的處理，就是將實(shí)際信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，在實(shí)際信號(hào)中確定與標(biāo)準(zhǔn)相似度最大的區(qū)域，即為目標(biāo)區(qū)域。通常情況下，目標(biāo)區(qū)域的長(zhǎng)寬比應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)相等。
[0033]目標(biāo)區(qū)域確定之后，為了提高處理的效率，后續(xù)的步驟將只針對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行處理。
[0034]第四步S4，對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行降噪。由于光學(xué)傳感器采集的信號(hào)中，不可避免的會(huì)存在噪聲和干擾。這些隨機(jī)的因素會(huì)影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。降噪處理有多種方法。
[0035]線性濾波是較常用的一種方法，線性濾波的原理是，信號(hào)中每個(gè)元素的值g(i，j)，由該元素相鄰區(qū)域內(nèi)的元素值經(jīng)過(guò)加權(quán)求和得到。即:
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)體檢測(cè)信號(hào)處理方法，其特征在于: 步驟S1:從光學(xué)傳感器采集原始信號(hào)。 步驟S2:將原始信號(hào)按照預(yù)定的規(guī)則進(jìn)行值映射。 步驟S3:將信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，確定目標(biāo)區(qū)域位置。 步驟S4:將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行降噪處理。 步驟S5:將目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行邊界跟蹤，并進(jìn)行二值化處理。 步驟S6:將二值化的邊界信號(hào)進(jìn)行座標(biāo)校正。 步驟S7:將座標(biāo)校正后的二值化邊界信號(hào)進(jìn)行幾何形狀擬合，計(jì)算得出幾何參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理方法，其步驟SI獲得的原始信號(hào)特征在于，信號(hào)由矩陣組成，矩陣中的每一個(gè)元素為非負(fù)整數(shù)，其值的大小代表了該位置信號(hào)的強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理方法，其步驟S2特征在于，對(duì)信號(hào)矩陣中每一個(gè)元素進(jìn)行處理，按照指定的映射規(guī)則，將其值映射為相同或不同的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理方法，其步驟S3特征在于，目標(biāo)區(qū)域是信號(hào)矩陣的一個(gè)子矩陣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理方法，其步驟S4特征在于，降噪處理對(duì)于目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的每一個(gè)元素進(jìn)行處理，將元素的值進(jìn)行改變，改變后的元素值依據(jù)元素原值和該元素相鄰區(qū)域內(nèi)的值經(jīng)計(jì)算得出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理方法，其步驟S4特征在于，降噪處理中對(duì)于每個(gè)元素值的改變，可以進(jìn)行一次或迭代多次，每次使用不同的相鄰區(qū)域大小及形狀，以及不同的計(jì)算參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理方法，其步驟S5特征在于，根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度、變化率和連續(xù)性，確定被測(cè)對(duì)象的邊界，在邊界處將信號(hào)置為1，其余元素置為O。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理方法，其步驟S6特征在于，將二值化的邊界信號(hào)中值為I的元素座標(biāo)通過(guò)座標(biāo)校正表由離散的整數(shù)座標(biāo)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的實(shí)數(shù)座標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)處理方法，其步驟S7特征在于，將校正后的邊界座標(biāo)進(jìn)行幾何形狀的擬合，計(jì)算出幾何參數(shù)，包括直線的夾角，直線角頂點(diǎn)座標(biāo)，圓弧的曲率半徑，圓心，使得校正后的邊界座標(biāo)與幾何形狀的理論座標(biāo)之間總體誤差最小。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK103673917SQ201210351651
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】陳路佳 申請(qǐng)人:天津航旭科技發(fā)展有限公司