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专利号: 2020108228632
申请人: 常州机电职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于机器视觉的3362电位器机械角度复位系统,其特征在于:它包括机器控制器、总线、机械角度检测装置和机械角度复位装置,所述机器控制器与总线通讯连接,所述机械角度检测装置包括视觉相机和工控机,所述视觉相机安装在待机械角度检测的3362电位器夹具的正上方,所述视觉相机与工控机通讯连接,所述工控机与机器控制器通讯连接,所述机械角度复位装置包括气缸、伺服驱动、伺服电机和十字型批头,所述气缸通过I/O模块与机器控制器通讯连接,所述伺服驱动通过总线与机器控制器通讯连接,所述伺服电机与伺服驱动通讯连接,所述气缸的伸缩杆与伺服电机相连,所述伺服电机的输出轴与十字型批头固定相连,所述机械角度复位装置位于待机械角度复位的3362电位器夹具的正上方,所述机械角度检测装置所在的区域为机械角度检测工位,所述机械角度复位装置所在的区域为机械角度复位工位。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的3362电位器机械角度复位系统,其特征在于:所述总线为EtherCAT总线。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的3362电位器机械角度复位系统,其特征在于:所述视觉相机通过GigE与工控机通讯连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的3362电位器机械角度复位系统,其特征在于:所述工控机通过Ethernet与机器控制器通讯连接。

5.一种如权利要求1所述的基于机器视觉的3362电位器机械角度复位系统的复位方法,其特征在于:它包括以下步骤:步骤1.1:当3362电位器进入机械角度检测工位的夹具后,机器控制器通过Ethernet向工控机发出机械角度检测工位就绪信号;

步骤1.2:工控机获得机械角度检测工位就绪信号后,通过GigE向视觉相机发出一个触发信号;

步骤1.3:视觉相机获得触发信号后,拍摄一幅图像,并通过GigE向工控机传送拍摄的图像;

步骤1.4:工控机获得图像后,根据机械角度检测算法计算3362电位器的当前机械角度α,再利用初始机械角度检测算法得到的初始机械角度α0,计算得到偏转角度β,并将β通过Ethernet输送给机器控制器,偏转角度β的计算公式为:β=α-α0;

步骤1.5:机器控制器获得偏转角度β后,通过EtherCAT总线和伺服驱动控制伺服电机从初始位顺时针旋转β,同时通过EtherCAT总线通知传送机构将3362电位器传送到机械角度复位工位;

步骤1.6:伺服电机旋转完毕后,通过EtherCAT总线向机器控制器发出一个伺服电机就绪信号;

步骤1.7:当3362电位器进入机械角度复位工位的夹具后,通过EtherCAT总线向机器控制器发出一个机械角度复位工位就绪信号;

步骤1.8:机器控制器同时接收到伺服电机就绪信号和机械角度复位工位就绪信号后,通过I/O模块控制气缸从高位向下运动至低位,使十字型批头伸入3362电位器的十字型槽中,完毕后通过I/O模块向机器控制器发出气缸就绪信号;

步骤1.9:机器控制器接收到气缸就绪信号后,通过EtherCAT总线和伺服驱动控制伺服电机逆时针旋转β,旋转完毕后通过EtherCAT总线向机器控制器发出机械角度复位完毕信号;

步骤1.10:机器控制器接收到机械角度复位完毕信号后,通过I/O模块控制气缸从低位向上运动至高位,并通过EtherCAT总线和伺服驱动控制伺服电机旋转至初始位,同时通过EtherCAT总线通知传送机构将3362电位器传送到阻值与机械角度变化是否保持线性关系的检测工位。

6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的3362电位器机械角度复位系统的复位方法,其特征在于:所述机械角度检测算法包括以下步骤:步骤2.1:从机械角度检测装置视觉相机拍摄的图像中心,截取500×500像素大小的正方形图像子块,作为机械角度检测算法的输入图像;

步骤2.2:使用圆形区域检测算法,从输入图像中提取3362电位器中心的圆形区域,其余部分设置为白色,作为指示点区域检测算法的输入图像;

步骤2.3:使用指示点区域检测算法,在3362电位器中心的圆形区域中检测得到2个指示点区域;

步骤2.4:对2个指示点区域计算区域描述子,分别得到2个指示点区域的质心坐标(xc1,yc1)和(xc2,yc2);

步骤2.5:利用2个指示点区域的质心坐标,计算得到2个指示点区域质心间的中点坐标(xc,yc),计算公式为:步骤2.6:使用圆形区域检测算法,从输入图像中提取3362电位器中心的圆形区域,其余部分设置为黑色,作为非指示点区域检测算法的输入图像;

步骤2.7:使用非指示点区域检测算法,在3362电位器中心的圆形区域中检测得到2个非指示点区域;

步骤2.8:对2个非指示点区域计算区域描述子,分别得到2个非指示点区域的主轴角度α1和α2,其中α1∈[-90°,90°]、α2∈[-90°,90°];

步骤2.9:计算2个非指示点区域主轴的平均角度 计算公式为:

其中

步骤2.10:构造一个新的坐标系,该坐标系以圆形区域的圆心(xo,yo)为原点,垂直向下为0°,顺时针方向为[0°,360°];

步骤2.11:在构造的新坐标系下,同时利用圆形区域的圆心(xo,yo)、2个指示点区域质心间的中点坐标(xc,yc)、2个非指示点区域主轴的平均角度 计算得到3362电位器的当前机械角度α,计算公式为:

7.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的3362电位器机械角度复位系统的复位方法,其特征在于:所述圆形区域检测算法包括以下步骤:步骤3.1:在颜色名空间中,对机械角度检测算法的输入图像取蓝色通道;

步骤3.2:对蓝色通道取反,并归一化;

步骤3.3:使用Otsu方法对归一化结果执行二值化操作,并对二值化结果进行孔洞填充;

步骤3.4:对孔洞填充结果计算区域描述子,得到每个区域的面积和质心坐标;

步骤3.5:在孔洞填充结果中,仅保留面积最大的区域R,该区域的质心坐标记为(xo,yo);

步骤3.6:使用Sobel算子,对区域R进行边缘检测,并利用边缘上每个像素p的坐标(xp,yp),计算p到坐标(xo,yo)的欧氏距离rp,计算公式为:步骤3.7:在区域R的所有边缘像素到坐标(xo,yo)的欧氏距离中,取最大欧氏距离并记为ro;

步骤3.8:以(xo,yo)为圆心、ro为半径的区域,即为圆形区域检测算法得到的圆形区域。

8.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的3362电位器机械角度复位系统的复位方法,其特征在于:所述指示点区域检测算法包括以下步骤:步骤4.1:在颜色名空间中,对指示点区域检测算法的输入图像取黑色通道,并归一化;

步骤4.2:使用Otsu方法对归一化结果执行二值化操作,并对二值化结果进行孔洞填充;

步骤4.3:构造一个半径为20的圆盘型结构元素,并利用该结构元素对孔洞填充结果进行腐蚀操作;

步骤4.4:将腐蚀结果作为标记图像,将孔洞填充结果作为掩模图像,执行形态学重构操作;

步骤4.5:将孔洞填充结果减去形态学重构结果,并使用Otsu方法对差图像执行二值化操作;

步骤4.6:对差图像二值化结果计算区域描述子,得到每个区域的面积;

步骤4.7:在差图像二值化结果中,仅保留面积最大的2个区域,即为指示点区域检测算法得到的指示点区域。

9.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的3362电位器机械角度复位系统的复位方法,其特征在于:所述非指示点区域检测算法包括以下步骤:步骤5.1:在RGB颜色空间中,对非指示点区域检测算法的输入图像取红色通道;

步骤5.2:构造一个大小为5×5、元素值全为1的矩阵,对红色通道分别执行最大值滤波和最小值滤波操作;

步骤5.3:将最大值滤波结果减去最小值滤波结果,得到差图像;

步骤5.4:使用Otsu方法计算全局阈值,对差图像执行二值化操作,并对二值化结果进行孔洞填充;

步骤5.5:构造一个半径为5的圆盘型结构元素,并利用该结构元素对孔洞填充结果进行腐蚀操作,得到腐蚀结果1;

步骤5.6:构造一个半径为20的圆盘型结构元素,并利用该结构元素对腐蚀结果1进行腐蚀操作,得到腐蚀结果2;

步骤5.7:将腐蚀结果2作为标记图像,将腐蚀结果1作为掩模图像,执行形态学重构操作;

步骤5.8:对形态学重构结果计算区域描述子,得到每个区域的质心坐标;

步骤5.9:将形态学重构结果中的区域两两组合,计算任意两个区域质心间的中点坐标,设区域Rm和区域Rn的质心坐标分别为(xm,ym)和(xn,yn),则区域Rm和Rn质心间的中点坐标为(xmn,ymn),其计算公式为:步骤5.10:利用机械角度检测算法步骤2.5得到的2个指示点区域质心间的中点坐标(xc,yc),计算出所有(xmn,ymn)到坐标(xc,yc)的欧氏距离dmn,计算公式为:步骤5.11:在所有的欧氏距离dmn中,找到最大欧氏距离;

步骤5.12:在形态学重构结果中,产生最大欧氏距离所对应的2个区域,即为非指示点区域检测算法得到的非指示点区域。

10.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的3362电位器机械角度复位系统的复位方法,其特征在于:所述初始机械角度检测算法包括以下步骤:步骤6.1:将3362电位器标准元件中的十字型槽人工旋转至初始位,放入机械角度检测工位的夹具中;

步骤6.2:通过机械角度检测装置的视觉相机拍摄一幅图像;

步骤6.3:采用机械角度检测算法的步骤2.1至步骤2.11计算得到的当前机械角度,即为初始机械角度α0。