基于双目的双排滚针轴承缺针检测方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010871027.3 (22)申请日 2020.08.26 (71)申请人 常州工学院 地址 213135 江苏省常州市新北区西夏墅 镇灵山中路26号 (72)发明人 冯春姜文彪武之炜赵彻 张祎伟周叙荣 (74)专利代理机构 常州西创专利代理事务所 (普通合伙) 32472 代理人 武政 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06T 7/136(2017.01) G06T 7/11(2017.01) G06T 7/13(2017.01) G06M。

2、 1/27(2006.01) F16C 41/00(2006.01) (54)发明名称 基于双目的双排滚针轴承缺针检测方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于双目的双排滚针轴 承缺针检测方法。 本发明将机器视觉应用于双排 滚针轴承的缺针检测， 避免了人工测量方式工作 强度大、 耗时耗力的问题， 同时也避免了接触测 量通用性差问题。 该方法不仅可以作为双排滚针 轴承缺针检测手段， 而且适用于其他滚针轴承的 缺针检测、 尺寸和精准定位等问题， 具有良好的 通用性。 作为一种柔性检测手段， 基于机器视觉 的双排滚针轴承缺针检测装置与方法可以非常 方便地移植到其他相关的检测、 识别、 分类等应 用领域。

3、。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 112001911 A 2020.11.27 CN 112001911 A 1.基于双目的双排滚针轴承缺针检测方法， 其特征在于， 包括： 步骤S1： 初始化， 设置计数器count的数值， 当双目相机的一个相机从滚针轴承的一侧 对靠近该侧的一排滚针进行缺针检测时， 计数器count的数值设置为M1， 当双目相机的另一 个相机从滚针轴承的另一侧对靠近该侧的一排滚针进行缺针检测时， 计数器count的数值 设置为M2； 步骤S2： 采用双目相机对滚针轴承的图像进行采集； 步骤S3： 通过阈值分割提取出滚针独立的子区域； 同时， 通过阈值分割获取轴承。

4、的圆环 区域， 再通过边缘提取得到圆环的外部和内部边界， 进一步利用霍夫变换进行内圆和外圆 的拟合， 得到内圆和外圆轮廓； 步骤S4： 比较外圆以外区域的滚针独立子区域的个数N1与滚针个数N0的大小； 若N1N0， 则执行步骤S5； 若N1N0， 比较内部独立子区域与内圆存在像素交集的滚针 个数N2与N1之和与N0的大小， 若N1+N2N0， 则执行步骤S5， 若N1+N2N0， 则判断轴承缺针， 进行轴承剔除和滚针重新装配， 重新执行步骤S1-S4； 步骤S5： 判断计数器count的数值； 若countM1， 则当前的检测是该轴承双排滚针的第一次检测， 且无缺针的情况， 将计 数器coun。

5、t的数值设置为M2， 并重新执行步骤S2-S5； 若countM2， 则当前的检测是该轴承 双排滚针的第二次检测， 无缺针的情况， 该轴承被传送至下一个工序。 2.根据权利要求1所述的基于双目的双排滚针轴承缺针检测方法， 其特征在于， 所述步 骤S2中， 双目相机在主动光源的作用条件下对滚针轴承的图像进行采集。 3.根据权利要求2所述的基于双目的双排滚针轴承缺针检测方法， 其特征在于， 所述主 动光源为环形光源。 4.根据权利要求1所述的基于双目的双排滚针轴承缺针检测方法， 其特征在于， 所述M1 的取值为0， 所述M2的取值为1。 5.根据权利要求1所述的基于双目的双排滚针轴承缺针检测方法，。

6、 其特征在于， 采用双 目相机进行二次检测包括： 第一次是由第一相机和第一光源从上方进行拍摄， 其成像的滚 针排为轴承的上方一排； 第二次是由第二相机和第二光源从下方透过透明体对轴承进行拍 摄， 其成像的滚针排为轴承的下方一排。 6.根据权利要求5所述的基于双目的双排滚针轴承缺针检测方法， 其特征在于， 在轴承 的正上方布置黑色背景。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112001911 A 2 基于双目的双排滚针轴承缺针检测方法 技术领域 0001 本发明涉及一种滚针轴承缺针情况的检测方法， 特别涉及一种基于视觉的双排滚 针轴承缺针检测方法。 背景技术 0002 滚针轴承是带有圆柱滚子的滚针。

7、轴承， 一般来说轴承自身的直径与滚子的直径相 比大很多。 双排滚子轴承则是包含上下两层的圆柱滚子(如图1所示)， 与单排滚针轴承相比 其生产和安装过程更为复杂。 在生产过程中， 通常利用机械装置将滚子排列到上下两层的 固定位置。 然而， 由于制造和装配过程中的不确定因素， 有时会发生滚子并未安装在指定位 置或者缺少了某个滚子甚至某些滚子(即所谓的缺针)。 当出现缺针的情况时， 需要将这些 轴承分拣出来重新装入缺少的滚子并进入下一道轴承的加工制造工序。 在缺针的检测方法 中， 一般的轴承生产厂家均采用人工方法进行检测， 该方法耗时耗力、 工作强度大， 由于人 的精力有限因此存在漏检的风险。 00。

8、03 针对轴承的漏针问题， 相关专利提出通过对装帧完毕的轴承进行称重， 重量与正 常滚针轴承有一定差异的即为缺针的轴承。 这种检测方法要求具有较高的称重精度， 特别 是对于体积小、 重量较轻的轴承， 称重装置的测量精度必须能够达到分辨单根滚针。 该方法 对应装置的硬件成本会较高， 而且对环境的变化会比较敏感使得测量精度难以保证， 从而 影响缺针检测的准确性； 另外， 有专利提出一种探针检测装置和方法。 该方法的缺针检测机 构包括直线位移传感器和控制器， 在直线位移传感器的滑动端设有探针， 它用于深入所述 轴承传送通道上的滚针轴承的滚针间隙。 探针直径大于滚针直径的二分之一并小于滚针直 径， 通。

9、过判断探针的深入距离区分滚针是否缺针或者按要求装配。 这种方法的判断依据就 是缺针情况下的深入距离与滚针装满时深入距离差异大， 无需高精度的检测即可进行判 断。 然而， 其作为接触式测量的方法存在如下的问题： 1)探针的加工精度要求较高， 特别是 对于滚针直径较小的情况下， 加工精度的保证比较困难； 2)探针只能针对当前的滚针轴承 的检测， 如果有不同的直径尺寸的轴承需要检测， 则通用性差。 为了避免上述问题， 本发明 提出基于机器视觉的方法解决双排滚针轴承的缺针问题。 即利用双目相机对某一方向的滚 针轴承进行图像采集， 利用图像处理的方法对获得的滚针成像子区域的个数与实际滚针个 数是否吻合从。

10、而判断是否缺针。 发明内容 0004 本发明要解决的技术问题是双排滚针轴承的缺针检测， 而现有的人工检测和接触 式检测方法存在劳动强度大、 加工难度高、 检测柔性差等诸多不足。 为了解决上述技术问 题， 本发明提供了一种基于双目的机器视觉方法解决双排滚针轴承的缺针检测问题。 0005 为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案： 0006 基于双目的双排滚针轴承缺针检测方法， 包括： 0007 步骤S1： 初始化， 设置计数器count的数值， 当双目相机的一个相机从滚针轴承的 说明书 1/5 页 3 CN 112001911 A 3 一侧对靠近该侧的一排滚针进行缺针检测时， 计数器count的。

11、数值设置为M1， 当双目相机的 另一个相机从滚针轴承的另一侧对靠近该侧的一排滚针进行缺针检测时， 计数器count的 数值设置为M2； 0008 步骤S2： 采用双目相机对滚针轴承的图像进行采集； 0009 步骤S3： 通过阈值分割提取出滚针独立的子区域； 同时， 通过阈值分割获取轴承的 圆环区域， 再通过边缘提取得到圆环的外部和内部边界， 进一步利用霍夫变换进行内圆和 外圆的拟合， 得到内圆和外圆轮廓； 0010 步骤S4： 比较外圆以外区域的滚针独立子区域的个数N1与滚针个数N0的大小； 0011 若N1N0， 则执行步骤S5； 若N1N0， 比较内部独立子区域与内圆存在像素交集的 滚针个。

12、数N2与N1之和与N0的大小， 若N1+N2N0， 则执行步骤S5， 若N1+N2N0， 则判断轴承 缺针， 进行轴承剔除和滚针重新装配， 重新执行步骤S1-S4； 0012 步骤S5： 判断计数器count的数值； 0013 若countM1， 则当前的检测是该轴承双排滚针的第一次检测， 且无缺针的情况， 将计数器count的数值设置为M2， 并重新执行步骤S2-S5； 若countM2， 则当前的检测是该 轴承双排滚针的第二次检测， 无缺针的情况， 该轴承被传送至下一个工序。 0014 更进一步的， 所述步骤S2中， 双目相机在主动光源的作用条件下对滚针轴承的图 像进行采集。 0015 更。

13、进一步的， 所述主动光源为环形光源。 0016 更进一步的， 所述M1的取值为0， 所述M2的取值为1。 0017 更进一步的， 采用双目相机进行二次检测包括： 第一次是由第一相机和第一光源 从上方进行拍摄， 其成像的滚针排为轴承的上方一排； 第二次是由第二相机和第二光源从 下方透过透明体对轴承进行拍摄， 其成像的滚针排为轴承的下方一排。 0018 更进一步的， 在轴承的正上方布置黑色背景。 0019 与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 0020 本发明将机器视觉应用于双排滚针轴承的缺针检测， 避免了人工测量方式工作强 度大、 耗时耗力的问题， 同时也避免了接触测量通用性差问题。 该方法不。

14、仅可以作为双排滚 针轴承缺针检测手段， 而且适用于其他滚针轴承的缺针检测、 尺寸和精准定位等问题， 具有 良好的通用性。 作为一种柔性检测手段， 基于机器视觉的双排滚针轴承缺针检测装置与方 法可以非常方便地移植到其他相关的检测、 识别、 分类等应用领域。 附图说明 0021 图1是双排滚针轴承实物图； 0022 图2是双排滚针轴承缺针视觉检测装置结构示意图； 0023 图3是双排滚针轴承缺针检测流程图； 0024 图4是双排滚针轴承采集的原始图像； 0025 图5是滚针轴承圆环及外圆和内圆提取； 0026 图6是滚针轴承外部子区域检测； 0027 图7是部分滚针偏移为内部独立子区域； 0028。

15、 图8是滚针轴承外部子区域缺针； 说明书 2/5 页 4 CN 112001911 A 4 0029 图9是外部和内部子区域提取及缺针检测。 具体实施方式 0030 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 以下结合具体实施例， 并参照 附图， 对本发明进一步详细说明。 0031 如图2所示， 本发明采用的一种双排滚针轴承缺针视觉检测装置， 其关键部件包括 双相机、 双光源、 黑色背景和检测件。 其检测思想是利用双目相机结合主动光源(环形光源) 对特定位姿的轴承进行图像采集和预处理来判断滚针是否缺针。 作为一种检测新方法， 其 主要的步骤如图3所示， 包括轴承内外部的划分、 轴承外部滚。

16、针独立子区域的分割和检测、 轴承内部滚针子区域的分割和检测、 缺针检测的判断等几个部分。 0032 轴承内外部的划分是依据图5中所示的滚针轴承的圆环的外圆和内圆作为轴承外 部和内部的分界。 由于滚针安装在轴承的固定位置并非没有空隙， 相反空隙足以使得滚针 发生移动。 因此， 从图4中可以看到， 由于滚针安装的空隙导致个别滚针会发生偏移， 这也会 出现同一滚针会隶属于外部子区域或内部子区域的非确定情况。 一般来说， 自然条件下滚 针隶属于外部子区域的情况居多， 偶尔会出现隶属于内部子区域的情况。 对于同一滚针轴 承来说， 其滚针的个数一般来说是固定的。 因此， 可以通过判断独立外部子区域的个数来。

17、初 步判断是否缺针。 然而， 即使独立外部子区域的个数少于满针时的滚针个数也并不能说明 真的缺针， 其原因也可能是滚针偏移从而变为内部子区域。 另外， 由于滚针轴承是双排的， 由图4可知滚针轴承的内部子区域可分为两种。 一种是由上排滚针形成的内部子区域， 这些 子区域与滚针轴承的内壁有像素点的交集(图中小矩形内的子区域)； 另一种是由下排滚针 形成的内部子区域， 这些子区域与滚针轴承的内壁没有像素点的交集(图中小三角形内的 子区域)。 因此， 在判断内部子区域时需要区分是第一种情况还是第二种情况。 进一步， 由于 相机和轴承的位姿成像关系， 与相机镜头接近的一排滚针会遮挡远离相机镜头的另一排滚。

18、 针的成像。 这就导致即使下排的滚针缺针也会因为上排滚针的遮挡而出现可能的漏检问 题。 故而， 本发明采用双目相机进行二次检测(其装置结构如图2所示)： 第1次是由相机1和 光源1从上方进行拍摄， 其成像的滚针排为轴承的上方一排； 第2次是由相机2和光源2从下 方透过透明体对轴承进行拍摄， 其成像的滚针排为轴承的下方一排。 为了成像背景简单， 在 轴承的正上方布置黑色背景。 结合1、 2两次的缺针判断结果， 即可完成双排滚针的缺针检 测。 0033 具体来说包括以下步骤： 0034 步骤1： 0035 初始化主要是各种硬件和软件系统的参数初始化， 从而使检测系统处于正常的工 作状态并开始工作。。

19、 工作的设备包括： 相机、 光源、 轴承传送装置、 图像采集和图像处理系统 等软件。 相机的安装尽量要确保其光轴与轴承的旋转轴处于同轴方向， 这样是为了保证采 集的单幅图像能够将轴承上距离相机镜头最近一排所有的滚针成像。 只有安装于轴承上这 一排滚针都能够在图像上成像， 才能准确地判断到底轴承真的缺针还是误判。 这里特别要 提到一个计数器count， 该参数是为了判断针对轴承哪一排滚针的检测。 对某一个滚针轴承 进行检测时， 当count0时， 此时描述距离相机1镜头近的一排滚针进行缺针的检测； 当 count1时， 此时描述距离相机2镜头近的一排滚针进行缺针的检测。 这也是利用双目相机 说明。

20、书 3/5 页 5 CN 112001911 A 5 进行双排滚针轴承检测时需要进行不同位置和相机检测的数值描述。 0036 步骤2： 0037 采集滚针轴承的图像。 在这一步骤中， 对应相机在光源的作用条件下对滚针轴承 的图像进行采集。 添加光源主要是为了保证成像的质量， 避免自然光条件下引入过多的噪 声从而有利用后续的图像预处理。 采集的图像示例如图4所示， 从图中可以看到， 滚针部分 由于亮度较高， 很容易跟背景和轴承的其他部分区别开来。 然而， 由于滚针被轴承安装体的 部分遮挡， 其光亮部分成像为 “部分圆” 区域。 初步来说， 每一个 “部分圆” 区域其实质是对应 1个滚针， 依据独。

21、立区域的个数可以判断滚针的个数。 图像的采集速度依据轴承的传送速度 确定， 只要能保证每个轴承运送到指定位置时都能及时准确地采集图像即可。 采集的图像 尽可能保证较高的成像质量、 简单的背景以及全面的前景。 0038 步骤3： 0039 图像阈值分割。 该步骤主要是基于上一步采集的图像进行图像预处理以获得滚针 信息。 阈值分割是利用合适的灰度值将前景和背景进行分割， 以获取感兴趣区域。 阈值的确 定可以通过实验的方法获得， 确定原则是将感兴趣的区域尽可能地与非感兴趣区域分割 开。 由于滚针成像后亮度值较高即灰度值较大， 经过阈值分割后滚针轴承的各滚针作为独 立的子区域被提取出来。 同时， 由图。

22、4可知轴承的圆环区域也要利用阈值分割获取， 再通过 边缘提取得到圆环的外部和内部边界， 进一步利用霍夫变换进行内圆和外圆的拟合。 通过 上述处理， 利用区域提取和边界提取以及圆拟合的方法得到了轴承的圆环区域、 内圆和外 圆轮廓。 0040 步骤4： 0041 这一步骤是进行滚针个数判断的主要步骤。 由于滚针的安装位置存在一定的空 隙， 因此滚针会发生移动从而使得滚针成像子区域可能会出现在外圆之外的区域(如图6所 示的白色 “小矩形” 区域)或者内圆以内的区域(如图7所示的白色矩形框内的子区域)， 故而 增加了轴承缺针与否的判断难度。 本发明将缺针检测的情况分为2种： 1是通过判断外圆以 外区域。

23、的滚针独立子区域的个数； 2是在1的判断基础上再结合内圆以内区域与内圆有像素 交集的滚针独立子区域的个数进行判断。 0042 步骤4.1： 0043 在上述步骤的基础上， 可以确定轴承圆环区域的外圆和滚针的外部独立子区域。 为了判断是否缺针， 首先计算滚针的外部独立子区域的个数， 假定为N1， 然后比较其与滚针 个数N0的大小。 如果N1N0， 则证明检测到的滚针个数与实际的滚针个数相等， 此时可以断 定轴承的当前排滚针并没有发生缺针的现象。 进一步， 可以通过判断计数器count的值来确 定是完成了单排滚针的检测还是双排滚针的检测。 若count0， 则说明当前的检测是该轴 承双排滚针的第一。

24、次检测， 且无缺针的情况， 需要进行第二次检测才能确定到底是否缺针； 若count1， 则说明当前的检测是该轴承双排滚针的第二次检测， 且无缺针的情况， 通过上 述2次检测均无缺针的判断可知轴承确实无缺针的现象。 此时， 可以将轴承传送到下一个工 序进行其后续装配或者其他工作。 同时， 返回到初始化的状态并复位计数器count， 重新进 入下一个轴承的缺针检测判断。 0044 步骤4.2： 0045 在上述步骤的基础上， 可以确定轴承圆环区域的内圆和与之存在像素交集的滚针 说明书 4/5 页 6 CN 112001911 A 6 内部独立子区域的个数N2。 为了判断是否缺针， 在上述计算滚针外。

25、部独立子区域个数N1的 基础上， 比较N1+N2与滚针个数N0的大小。 如果N1+N2N0， 则证明检测到的滚针个数与实际 的滚针个数相等， 此时可以断定轴承的当前排滚针并没有发生缺针的现象。 进一步， 可以通 过判断计数器count的值来确定是完成了单排滚针的检测还是双排滚针的检测。 若count 0， 则说明当前的检测是该轴承双排滚针的第一次检测， 且无缺针的情况， 需要进行第二次 检测才能确定到底是否缺针； 若count1， 则说明当前的检测是该轴承双排滚针的第二次 检测， 且无缺针的情况， 通过上述二次检测均无缺针的判断可知轴承确实无缺针的现象。 此 时， 可以将轴承传送到下一个工序进。

26、行轴承的后续装配或者其他工作。 运行程序返回到初 始化的状态， 复位计数器count， 重新进入下一个轴承的缺针检测判断。 0046 步骤5： 0047 在上述的步骤中， 若由外圆边界确定的外部独立子区域的个数N1与滚针的个数N0 不相等(如图8所示矩形方框的滚针外部无法检测到独立子区域)， 同时内部独立子区域与 内圆存在像素交集的个数N2与N1的数量和与滚针的个数N0不相等(如图9所示矩形方框的 滚针内部和外部均无法检测到独立子区域)， 则表明轴承存在缺针的情况， 即存在滚针安装 “不合格” 的问题。 此时， 进行缺针轴承的剔除和滚针的重新安装， 以保证缺针位置能够有滚 针覆盖。 同时， 运。

27、行程序返回到初始化的状态， 复位计数器count， 重新进入下一个轴承的缺 针检测。 0048 以上所述的具体实施例， 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限制本发明， 凡 在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保 护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 112001911 A 7 图1 图2 说明书附图 1/5 页 8 CN 112001911 A 8 图3 说明书附图 2/5 页 9 CN 112001911 A 9 图4 图5 说明书附图 3/5 页 10 CN 112001911 A 10 图6 图7 说明书附图 4/5 页 11 CN 112001911 A 11 图8 图9 说明书附图 5/5 页 12 CN 112001911 A 12 。