本發(fā)明涉及水平儀領(lǐng)域，特別是涉及一種氣泡水平儀自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

氣泡水平儀是各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的測(cè)量小角度的一種常用量具，是根據(jù)水平儀上氣泡偏離中心刻度的多少來(lái)判斷基座或平臺(tái)是否水平。該產(chǎn)品在出廠之前必須經(jīng)過(guò)自身水平程度標(biāo)定，即把氣泡水平儀放在標(biāo)準(zhǔn)水平面上，從氣泡偏離中心的程度來(lái)檢驗(yàn)水平儀自身的水平程度。目前國(guó)內(nèi)廠家在檢測(cè)中主要依靠肉眼判斷，顯然，該方法存在不穩(wěn)定、易受外界因素影響、誤差大且速度慢等缺陷。而對(duì)于精度要求高的產(chǎn)品，肉眼很難勝任。因此，迫切需要一種對(duì)氣泡水平儀進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)的技術(shù)，這對(duì)用于出口等的高端產(chǎn)品尤其關(guān)鍵。

采用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)圖像處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這類(lèi)精確檢測(cè)的有效途徑，利用工業(yè)攝像機(jī)，從一定的角度對(duì)氣泡拍攝圖像，然后利用圖像處理技術(shù)對(duì)氣泡大小、長(zhǎng)度及偏移量進(jìn)行精確的量化，對(duì)氣泡水平儀產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)的提升及氣泡水平儀的自動(dòng)校準(zhǔn)有著十分重要的意義。

氣泡水平儀產(chǎn)品質(zhì)量的好壞與操作人員和識(shí)別氣泡偏移大小的能力和相應(yīng)操作經(jīng)驗(yàn)等有著直接的關(guān)系。國(guó)內(nèi)目前很多工廠生產(chǎn)的氣泡水平儀精度不夠高，反映在生產(chǎn)指標(biāo)上為工藝不夠細(xì)膩、角度不夠水平等。通過(guò)圖像獲取和圖像處理技術(shù)，就能夠準(zhǔn)確地把氣泡偏移的情況反映出來(lái)，這可以大大減少肉眼的隨意性，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

國(guó)內(nèi)對(duì)于水平儀的研究主要在于研究水平儀檢測(cè)水平的不同實(shí)現(xiàn)方式。比如，通過(guò)激光或者紅外線等其他手段來(lái)判斷是否水平。如公開(kāi)號(hào)為CN201510300621.6的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種水平鉛直兩用激光定位儀，利用激光器發(fā)出點(diǎn)狀、一字形或十字形定位基準(zhǔn)線作為定位基準(zhǔn)，能夠建立水平和鉛直兩個(gè)方向基準(zhǔn)光線，能夠利用該定位儀外表面進(jìn)行水平度和垂直度測(cè)量。公開(kāi)號(hào)為CN201120016014.4的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種紅外線水平儀，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、精度高的紅外線水平儀。而對(duì)于判定水平儀本身是否合格的研究較少。

公開(kāi)號(hào)為CN201220264264.4的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種全自動(dòng)氣泡型水平儀檢定裝置。該裝置通過(guò)光柵尺測(cè)量出工作臺(tái)升降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量并反饋給控制器，由控制器計(jì)算出工作臺(tái)的傾斜角度，再由旋鈕調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)氣泡型水平儀，通過(guò)第二攝像裝置來(lái)自動(dòng)判斷氣泡是否融合，當(dāng)氣泡融合后，通過(guò)第一攝像裝置來(lái)讀出氣泡型水平儀的讀數(shù)，通過(guò)控制器將該讀數(shù)與工作臺(tái)的傾斜角度進(jìn)行比較，來(lái)檢定氣泡型水平儀的精度。該裝置需要兩臺(tái)攝像機(jī)容易產(chǎn)生誤差，而且該裝置對(duì)如何判斷氣泡是否融合并沒(méi)有進(jìn)行說(shuō)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于圖像處理和識(shí)別技術(shù)的氣泡水平儀自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種氣泡水平儀自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括：

檢測(cè)平臺(tái)；

氣泡水平儀，安裝在所述的檢測(cè)平臺(tái)上；

執(zhí)行單元，用于調(diào)節(jié)所述氣泡水平儀的水平度；

圖像獲取單元，用于獲取所述氣泡水平儀上氣泡的位置圖像；

圖像處理單元，用于對(duì)獲取的位置圖像進(jìn)行處理并得到氣泡偏移中心線的距離。

其中，所述的執(zhí)行單元包括：設(shè)置在檢測(cè)平臺(tái)上的固定基板；位于固定基板上的活動(dòng)轉(zhuǎn)板，其上安裝有所述的氣泡水平儀，該活動(dòng)轉(zhuǎn)板的一端與固定基板鉸接，另一端通過(guò)千分尺支撐在固定基板上；驅(qū)動(dòng)所述千分尺以調(diào)節(jié)活動(dòng)轉(zhuǎn)板的水平度的伺服電機(jī)。

所述的圖像獲取單元包括裝配光學(xué)鏡頭的工業(yè)攝像機(jī)、用于照明的光源和高速圖像采集卡。

其中，光源的選取對(duì)氣泡圖像的成像有極重要的影響，光源的類(lèi)型、強(qiáng)度、位置及大小都會(huì)影響圖像的效果，直接影響到檢測(cè)結(jié)果。本例采用發(fā)光二極管平板燈(光源)從背面照明，而工業(yè)攝像機(jī)和光學(xué)鏡頭從水平儀氣泡的側(cè)面拍攝圖像。為避免外界光線的干擾，本例還制作了專(zhuān)用的光箱，使整個(gè)專(zhuān)用檢具除千分尺留在外面以方便人員觀察外，其他部分及工業(yè)攝像機(jī)和光學(xué)鏡頭都密封在光箱里面。另外，拍攝的距離對(duì)檢測(cè)效果和精度也有影響。本例通過(guò)實(shí)驗(yàn)選取了一個(gè)比較合適的距離，使拍攝的照片只含有水平儀氣泡前面的刻度線，從而得到比較清晰的圖像。

進(jìn)一步的，所述的圖像處理單元包括PC機(jī)，用于接收并處理圖像獲取單元所拍攝的圖像并發(fā)出控制所述執(zhí)行單元的信號(hào)。

本發(fā)明中，圖像獲取及處理如圖4所示，采用光源6對(duì)水平儀檢測(cè)平臺(tái)7的特定部位進(jìn)行照射，利用工業(yè)攝像機(jī)和光學(xué)鏡頭8進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻圖像采集，視頻流經(jīng)高速圖像采集卡9處理后傳入PC機(jī)10，在PC機(jī)10上一邊顯示實(shí)時(shí)圖像，一邊同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行處理，并進(jìn)行判斷，最后把處理后的圖像及結(jié)果在PC機(jī)10上顯示出來(lái)。

所述執(zhí)行單元12如圖3所示，包括伺服電機(jī)(包含伺服驅(qū)動(dòng)器)14、運(yùn)動(dòng)控制卡13及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)15。系統(tǒng)的控制信號(hào)由PC機(jī)10發(fā)出，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡13將控制信號(hào)發(fā)送到伺服電機(jī)(包含伺服驅(qū)動(dòng)器)14，以控制該伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及電機(jī)轉(zhuǎn)速等，再由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)15動(dòng)作來(lái)調(diào)節(jié)千分尺4，達(dá)到操作目的。

水平儀氣泡2也叫水準(zhǔn)泡，是水平儀的重要組成部分，其質(zhì)量的好壞，直接影響到水平儀的質(zhì)量。本系統(tǒng)需要檢測(cè)水平儀的水泡角值，所謂水泡角值是衡量水準(zhǔn)泡質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，根據(jù)GB1146-74，它是指氣泡沿水準(zhǔn)泡軸向移動(dòng)2毫米(歐美標(biāo)準(zhǔn)為2.5毫米)時(shí)，水準(zhǔn)泡所傾斜的角度。

具體說(shuō)，該系統(tǒng)需要完成兩步驟：將水平儀的氣泡進(jìn)行定位；根據(jù)定位數(shù)據(jù)判斷氣泡位置，并使氣泡最終移動(dòng)到中線處。通過(guò)比較就可以獲得所需要的水泡角值。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)精度高：通過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，能夠準(zhǔn)確地把氣泡偏移的情況反映出來(lái)，大大提高了水平儀的精度。

(2)效率高：用計(jì)算機(jī)進(jìn)行氣泡位置的檢測(cè)，并自動(dòng)迅速顯示檢測(cè)的結(jié)果，大大提高了生產(chǎn)效率。

(3)成本低：圖像處理及輸出控制系統(tǒng)的成本低廉，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，對(duì)原有系統(tǒng)不產(chǎn)生嚴(yán)重影響，非常適合用于工業(yè)生產(chǎn)及其檢測(cè)過(guò)程中。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)施例氣泡水平儀檢測(cè)平臺(tái)示意圖；

圖2為圖像獲取及處理系統(tǒng)示意圖；

圖3為控制及執(zhí)行系統(tǒng)示意圖；

圖4為視頻處理流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式。

本實(shí)施例中，氣泡水平儀自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)平臺(tái)7如圖1所示，包括活動(dòng)鉸鏈1、水平儀氣泡2、活動(dòng)轉(zhuǎn)板3、調(diào)節(jié)千分尺4和固定基板5。

如圖2所示，圖像獲取及處理單元包括PC機(jī)10、高速圖像采集卡9、工業(yè)攝像機(jī)和光學(xué)鏡頭8、光源6等，以及圖像處理的方法。

本實(shí)施例中，圖像處理方法包括圖像預(yù)處理、圖像邊緣檢測(cè)、圖像特征提取及識(shí)別判斷等過(guò)程，實(shí)時(shí)獲取的圖像往往是不完美的，由于干擾、光照等因素使圖像質(zhì)量不高，進(jìn)行預(yù)處理就是提取出圖像中系統(tǒng)感興趣的信息，圖像預(yù)處理包括圖像增強(qiáng)、平滑濾波、銳化等，預(yù)處理過(guò)程中本例采用空域法；本例的邊緣檢測(cè)系對(duì)氣泡圖像各個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行差分或求二階差分來(lái)確定邊緣像素點(diǎn)；圖像特征提取及識(shí)別判斷包括圖像分割，特征抽取和識(shí)別判斷三個(gè)階段，圖像分割是為了檢測(cè)出物體，把它的圖像與其余景物分離，特征抽取是抽取物體的若干特征組合在一起，構(gòu)筑一個(gè)能描述樣品特征的向量空間，而識(shí)別判斷則通過(guò)對(duì)一組已知類(lèi)別的訓(xùn)練樣本集學(xué)習(xí)計(jì)算特征參數(shù)，將特征空間分割成不同類(lèi)型區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)未知樣品的分類(lèi)判斷。對(duì)于本系統(tǒng)而言，圖像中的目標(biāo)物體有兩個(gè)：氣泡和兩側(cè)的刻度線。從目標(biāo)物體中抽取主要表達(dá)特征并將其存在計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行樣本訓(xùn)練，識(shí)別過(guò)程就是將采集的圖像經(jīng)處理后與樣本的特征進(jìn)行比對(duì)，判斷比對(duì)結(jié)果并形成不同的類(lèi)型。

執(zhí)行單元12如圖3所示，包括伺服電機(jī)(包含伺服驅(qū)動(dòng)器)14、運(yùn)動(dòng)控制卡13及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)15。

檢測(cè)過(guò)程如圖4所示，首先，系統(tǒng)的校準(zhǔn)信號(hào)由PC機(jī)10發(fā)出，點(diǎn)亮光源6，同時(shí)經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡13將控制信號(hào)發(fā)送到伺服電機(jī)(包含伺服驅(qū)動(dòng)器)14，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)15調(diào)節(jié)千分尺4，使活動(dòng)轉(zhuǎn)板3處于水平狀態(tài)。

然后啟動(dòng)PC機(jī)10上的“初始定位”信號(hào)按鈕，工業(yè)攝像機(jī)和光學(xué)鏡頭8把實(shí)時(shí)拍攝到的水平儀氣泡2圖像通過(guò)高速圖像采集卡9傳入PC機(jī)10，并判斷圖像是否有效，同時(shí)把水平儀氣泡2的初始位置記錄下來(lái)。

本例中目標(biāo)物體相對(duì)簡(jiǎn)單，僅包含氣泡本身以及兩側(cè)的刻度線，識(shí)別氣泡的目的是為了檢測(cè)得到氣泡界線與刻度線的相對(duì)位置和距離，得到檢測(cè)結(jié)果后與標(biāo)準(zhǔn)范圍進(jìn)行比較，就可以進(jìn)行相關(guān)操作。

接著，PC機(jī)10經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡13將控制信號(hào)發(fā)送到伺服電機(jī)(包含伺服驅(qū)動(dòng)器)14，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)15調(diào)節(jié)千分尺4，使活動(dòng)轉(zhuǎn)板3的右側(cè)緩緩抬起。

上述操作進(jìn)行的同時(shí)，PC機(jī)10根據(jù)工業(yè)攝像機(jī)和光學(xué)鏡頭8拍攝到的水平儀氣泡2的實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行處理，判斷圖像是否有效，并將氣泡2偏移初始位置的距離實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。當(dāng)氣泡2移動(dòng)距離達(dá)到2毫米(也可以設(shè)定為2.5毫米)時(shí)，停止調(diào)節(jié)千分尺4，并在屏幕上顯示。此時(shí)千分尺4的讀數(shù)就是水平儀氣泡2所傾斜的角度，即水泡角值。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施舉例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。