(19)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 202211129798.0 (22)申请日 2022.09.16 (71)申请人 烟台大学 地址 264000 山东省烟台市莱山区清泉路 30号 (72)发明人 孙宏波　张国庆　 (74)专利代理 机构 深圳经纬创新知识产权代理 有限公司 4 4875 专利代理师 张柯 (51)Int.Cl. G01B 11/26(2006.01) G06T 5/00(2006.01) G06T 5/30(2006.01) G06T 7/13(2017.01) G06T 7/62(2017.01)G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 一种基于机器视觉的活塞角向测量系统及 方法 (57)摘要 本发明的一种基于机器视觉的活塞角向测 量系统及方法， 通过使用机器视觉技术达到活塞 的角向测量， 可实现活塞的上料功能。 其中系统 包括： 工控机、 工业相机、 光源、 变焦镜头、 控制平 台、 图像采集模块、 运动控制模块、 图像处理模 块、 算法模块； 所述工业相机将模拟图像转换为 数字图像； 所述光源位于活塞检测位置两侧； 所 述变焦镜头垂直朝向活塞表面， 位于活塞检测位 的正上方； 所述图像采集模块电性连接所述的工 业相机与工控机； 所述运动控制模块电性连接控 制平台与运动控制模块； 所述图像处理模块优化 算法模块所需数据； 所述算法模块运行算法并反 馈给工控机结果。 本发明通过使用系统可替代传 统人工方法， 实现高效率， 更稳定的测量功能， 并 节约劳动成本 。 权利要求书3页 说明书6页 附图4页 CN 115406381 A 2022.11.29 CN 115406381 A 1.一种基于机器视觉的活塞角向测量系统， 其特征在于， 包括： 工控机、 工业相机、 光 源、 变焦镜头、 控制平台、 图像采集模块、 运动控制模块、 图像处理模块、 算法模块； 所述工业 相机将模拟图像转换为数字图像； 所述光源位于活塞检测 位置两侧； 所述变焦镜头垂直朝 向活塞表面， 位于活塞检测 位的正上方； 所述图像采集模块电性连接所述的工业相 机与工 控机； 所述运动控制模块电性连接控制平台与运动控制模块； 所述图像处理模块优化算法 模块所需数据； 所述 算法模块 运行算法并反馈给工控机结果。 2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量系统， 其特征在于： 所述工控 机用于接 收图像， 计算图像处理模块数据和计算算法模块数据； 所述计算图像处理模块数 据过程为： 将灰度图像转化为二值图像； 对二值图像进 行高斯滤波平滑处理； 对 经过高斯滤 波平滑处理过后的图像进 行数字形态学操作运算； 所述计算基于圆拟合的活塞角向测量方 法数据过程 为： 构造所有边 缘点坐标集合， 公式为： 其中， s1以及s2分别为Sobel算子的3 ×3的沿水平和垂直方向卷积 核,A为原图像； Ix与Iy 分别为图像沿着水平方向， 垂直方向计算出的梯度， I为归一化结果； 将得到的边缘坐标点 记为(xi,yi),i∈O,O为边缘坐标点集合； 计算边缘点坐标集合对于圆心、 半径的影响， 公式 为： 其中， ei为拟合误差， (xi,yi)为边缘点坐标， Q为平方和函数， (a,b)为圆心， r为半径； 筛 选拟合结果， 具体为： 工业相机的分辨率以及视野大小来换算出像素与毫米之间的等价关 系， 通过拟合目标半径 r设定范围筛 选拟合结果； 计算并输出角向， 公式为： 若满足条件1:k＝0且u>0， 则角向θ为90 °； 若满足条件2， k＝0且u<0， 则角向θ为 ‑90°； 若 满足于条件3， k>0且u＝0， 则角向θ为0 °； 若满足条件4， k<0且u＝0， 则角向θ为180 °。 若不满 足以上条件， 则角向θ用以下公式决定: 其中， (t,w)为活塞表面小孔拟合圆的圆心坐标， (T,W)为活塞表面内轮廓拟合圆的圆权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115406381 A 2心坐标。 3.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量系统， 其特征在于： 所述工业 相机为CMOS面阵相机 。 4.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量系统， 其特征在于： 所述光源 为红外条 形光源。 5.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量系统， 其特征在于： 所述运动 控制平台包括： 夹爪、 机 械臂， 所述夹爪朝向活塞 背面， 所述机 械臂位于活塞检测位的一旁。 6.一种基于机器视觉的活塞角向测量方法， 用于配合权力1 ‑5任一项所述的一种基于 机器视觉的活塞角向测量系统， 其特 征在于， 包括: S1、 对图像进行边 缘检测， 构造所有边 缘点坐标集合； S2、 计算边缘点坐标集合对于圆心、 半径的影响； S3、 筛选拟合结果； S4、 计算并输出角向。 7.如权利要求6所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量方法， 其特征在于， 所述对图 像进行边 缘检测， 构造所有边 缘点坐标集合公式为： 其中， s1以及s2分别为Sobel算子的3 ×3的沿水平和垂直方向卷积核,A(Mi,Ni)为原图 像； Ix与Iy分别为图像沿着水平方向， 垂直方向计算出的梯度， I为归一化结果。 将得到的边 缘坐标点记为(xi,yi),i∈O,O为 边缘坐标点集合。 8.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量方法， 其特征在于， 所述计算 边缘点坐标集合对于圆心、 半径的影响公式为： 其中， ei为拟合误差， (xi,yi)为边缘点坐标， Q为平方和函数， (a,b)为圆心， r为半径。 9.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量方法， 其特征在于， 所述筛选 拟合结果具体为： 工业相机的分辨率以及视野大小来换算出像素与毫米之间的等价关系， 通过拟合目标 半径r设定范围筛 选拟合结果。 10.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的活塞角向测量方法， 其特征在于， 所述计 算并输出角向公式为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115406381 A 3