内罗纹攻牙加工的历程会产生反常情景，在攻牙的历程中，料屑偶尔会依靠在罗纹攻牙器上并一齐停止高速转动，依靠的料屑就如一把尖锐的尖刀，会摧残罗纹原有的布局，最罕见的缺点如：罗纹坡的刮痕、螺峰的倒塌与螺谷的裂缝。个别而言，罗纹坡的刮痕为突出状缺点，会造成内、外罗纹无奈告成旋入和旋出；而螺峰或螺谷的倒塌或裂缝为凹下状缺点，是造成内、外罗纹旋入后浮现无奈密合或松动的主因。由于内罗纹非凡的布局与空间场所的束缚，当今罗纹塞规除保守来往式探测固有的毛病外，仅能探测出突出状缺点，而无奈探测凹下状缺点，因而，有须要开拓一套非来往式探测系统。
当今内罗纹非来往式探测法公有四种：①光反射法，操纵发射器将光束晖映在罗纹上，再以接受器汇集物件表面的反射光线并将音信变换成量测值，以检讨孔内罗纹特色；②漏磁探测法，由磁场探测加工过的管壁内的罗纹，由磁场的转变探测有弊端场所；③涡电流探测法，以涡流电磁感想比对孔壁电场的好多形态，侦测罗纹弊端；④产业用电脑横向断层照相法，经过断层扫描技能，博得罗纹物件在不同角度上的断层扫描图，以衡量罗纹的特色。上述办法中，光反射法屡屡仅能针对其小部份的罗纹停止检讨，且简单遭到物件表面的液体或油渍的影响，低落侦测才力；漏磁探测法与涡电流探测法仅能透过磁场或涡电流的转变，大略地推断弊端的存在与否、或弊端的大略散布场所，仅合用于由金属材质锻造的待测物件；断层照相法存在设施花费奋发的经济性题目，不相符经济效力。
本文开拓了一套以机械视觉为根本的光学罗纹探测设施，以产业用内视镜及电荷藕合元件构成取像光学模组，经过图象拼贴法，渐渐拼贴所持续拍照到的部份罗纹影象，重修出内罗纹孔壁的二维全周图象，袭用傅立叶变换法将影象复原，再协做统计管制图的二值化法突显缺点。当办理内罗纹深度与孔径尺寸所带来的取像搅扰以后，机械视觉的好处以下：①机械视觉系统为非来往式探测，也许防止量具磨损、物件布局受损、人员的磨练、检讨力道的拿捏以及人员的劳动妨害等搅扰；②机械视觉系统可检讨全周罗纹，且不受表面液体或油渍的影响；③可探测非金属材质的物件，成本省钱，有经济效力上风。
1系统硬件架构
图1为研发的探测系统的硬件架构，该机台由取像机构模组与马达机构构成。由于内罗纹位于物件内部且孔径通常较小，为了能在狭隘内罗纹孔洞中告成博得影象，可加装90°侧视转角镜的产业用内视镜深入内罗纹孔洞中拾取其孔壁的影象。由于螺孔的好多形态显露圆弧形，周边的影象则跟着偏离影象宗旨水平的递加而浮现歪曲的形势，故所博得的影象唯一宗旨区块属于低失真区。另外，内视镜并不能一次就看遍一切内罗纹孔壁的情况，因而，需求用转动马达与Z轴直线致动器，循序拍照共存取不同角度、高度的低失真影象，以重修出2D的内罗纹全周影象图。
图1硬件架构侧视图
如图2所示，螺峰与螺谷离别以宽与窄的白色带状图样显露，罗纹坡则以灰色带状图样显露，一个完全的罗纹图样依宽白带、灰带、窄白带，与另一个灰带的循序组合而成，而一切内罗纹影象则为由罗纹图样依反复、周期性的法则所造成的条状性纹理。另外，图2中也标示罗纹坡的刮痕缺点、螺峰/谷的倒塌或裂缝缺点。
2系统硬件架构
为了主动探测出反复的、周期性的条状性内罗纹纹理上的缺点，需求全周影象正轨化、正轨化影象切割与傅立叶变换为根本的影象复原技能的算法。
图2内罗纹的2D全周影象
(1)全周影象正轨化
内罗纹物件由功课员随便安顿在稳固座上，历程中并未思索其方位性，因而，攻牙开始点的相对场所会因屡屡安顿方位的不同而转变。为了保证影象的一致性，经过全周影象正轨化的子函数将攻牙的开始点转校至影象的右手边。以图2为例，先以巨细为k1×k1、布局元素为1的遮罩，对图2停止灰度并拢运算，以接连崩断或填补空洞的螺峰或螺谷，如图3a所示，接着以式(1)所决议的临界值对图3a停止二值化，将螺峰、螺谷以及罗纹坡加以分辨(见图3b)。
式中，G为图3a的灰度值；k2∈［1，max(G)-1］为赔偿常数。
(a)灰度并拢运算后影象(b)二值化后影象
(c)笔直方位分红左、右子影象(d)正轨化影象
图3全周影象正轨化历程
图3b中操纵列扫描为根本的连通元件编号(CCL)技能，次序对每个Blob停止编号，由于初始螺谷是一切攻牙中的开始，在二值化影象中浮如今影象中的最上方，因而，以列扫描停止的CCL可保证代表初始螺谷的Blob的编号为1，而其右下角的坐标(x*，y*)则代表攻牙的开始点。再将坐标(x*，y*)映照至图2中，并依照(x*，y*)顺着笔直方位，将影象切成左、右子影象，如图3c所示。着末，依照2D全周影象图也许随便转动的特点，将左子影象调至右影象的右侧，便可将攻牙的开始点转校至全周影象图的右侧，造成正轨化影象(见图3d)。
(2)正轨化影象切割
由于攻牙的开始与结果会造成相对较不褂讪且较不寻常的罗纹图样，且表里罗纹间的紧固首要靠宗旨段的罗纹支柱。因而，经过正轨化影象切割函数，略去前两个与着末一个罗纹图样，仅针对首要宗旨段的罗纹停止探测。在图3b上，打算一个剔除杂波Blob的运算，采纳面积与角度做为辨识的特色，并离别打算了自适性、自我研习的参数做为清除的依归。首先，在图3b中，经过CCL记录各个Blob的面积与角度，并将一共的面积特色用分群法找出数值相对较小的杂波代表点，以及数值相对较大的螺峰/谷代表点，并将面积特点靠近杂波代表点的Blob移除。着末，针对余下的Blob，猜测出角度的众数，详悉度至少量点后两位，并将与众数角度相异的Blob移除，便可删去面积过小与角度不寻常的Blob(见图4a)。博得无杂波的二值化影象后，一条经过坐标(x*，y*)顺着笔直方位的扫描线，会按循序来往初始螺谷、初始螺峰、次螺谷、次螺峰，…，由此记录第三个与倒数第二个的罗纹图样的坐标，并造成切割上、下界；着末，如图4b所示，将该边界映照至图3d，便可博得影象巨细为m×n的待探测影象(见图4c)。
(a)去除杂波，造成高低切割边界(b)切割边界映照至正轨化影象
(c)待探测影象
图4影象切割历程
(3)影象复原技能
为了在以条状性纹理构成的内罗纹影象中突显缺点，采纳以傅立叶变换为根本的影象复原技能，对罗纹图样停止糢糊化。经过式(2)的正向傅立叶变换，将图4c变换至频次域F(u，v)，有
式中，f(x，y)为待探测影象中位于坐标(x，y)像素点的灰度值；u=0，1，2，…，m-1；v=0，1，2，…，n-1。
经过式(3)将动态规模相当大的F(u，v)映照至8-bit的P(u，v)，有
式中，S为法式化运算子。
空间域中罗纹的角度，将与频次域中经过宗旨点的高频能量直线的角度，造成正交瓜葛。为了朦胧空间域中的罗纹图样，在频次域中可经过式(4)的凹下带阻滤波器，将代表内罗纹的高频能量滤除，成果见图5b。
式中，k3∈［1，］，为高频能量临界值。
针对图5a以式(5)的反傅立叶变换，将频次域影象回转回空间域中，成果如图5b所示。
式中，x=0，1，2，…，m-1；y=0，1，2，…，n-1。
(a)凹下带阻滤波器(b)复原影象
(c)二值化影象
图5傅立叶变换的影象复原技能
调查图5b也许发掘，反复、周期性的罗纹图样已被朦胧化，其灰度值已被束缚在匀称的规模内；反之，刮痕的灰度值被保存，相对较亮，而倒塌与裂缝的灰度值则下落，相对较暗。为了在复原影象中突显相对较暗与亮的缺点，以式(6)的统计管制二值化法来设定上、下边界边界，为
式中，k4为管制常数；与离别为复原影象的灰度值的匀称数与标淮差。
假若某个像素的灰度值落于上、下管制边界中，以白色示意，象征该剔除的罗纹元素；反之，则以黑色示意，象征该保存的缺点元素。着末，经过Blob剖析，将面积较小的黑色Blob去除，此临界值可依照业界需求的规格来订制，探测成果见图5c。
3实验与剖析
(1)正轨化影象的重现性
为显露正轨化影象的重现性，以随便方位将内罗纹工件置放于夹具上，偏重修出三张全周影象图(见图6a-图6c)，可发掘这三张影象仅在相对场所上有所不同，接着离别对图6a-图6c操纵正轨化子函数，发掘三张影象已被正轨化成类似的状态，而且图6d中的攻牙开始点已被转校至全周影象图的右侧。测验解说主动探测机台具备工件有方位束缚的特点。
(a)第1张全周影象(b)第2张全周影象
(c)第3张全周影象(d)正轨化影象
图6正轨化影象
(2)参数磨练
为了告成探测内罗纹，以22张内罗纹影象做为磨练模范，离别对四个参数：灰度并拢运算的遮罩巨细k1、赔偿常数k2、高频能量临界值k3与管制常数k4停止磨练。
①灰度并拢运算的遮罩值k1与赔偿常数k2会影响螺峰或螺谷中崩断的接连或空洞填补的成果。k2为式(1)中的参数，可决议二值化的临界值规模，影响螺峰、螺谷以及罗纹坡的分辨成果。看来，若k1与k2筛选得当，影象中的白带与灰带会被妥当地填补与差别，使后续正轨化也许告成停止。
为了求博得信任的k1与k2，针对磨练模范，以k1=3，5，…，15，以及k2=1，2，…，的不同组合，运转正轨化子函数，并记录不同参数组合下的匀称Blob面积与匀称Blob个数，离别见图7和图8。在图7中，当k2大于25时，一共的弧线均会显然回升；图8中，当k2大于14时，一共弧线均会显然下落，这是由于螺峰、螺谷已渐渐地黏合在一齐。因而，可采用k的感意思区段，决议合适的k1。由图7与图8可发掘，当k1小于5时，匀称Blob面积相对较低，而匀称Blob个数相对较高，这是由于断裂的螺峰或螺谷并没有被妥当的填补所造成；当k1介于7至11时，匀称Blob面积与匀称Blob个数则相对褂讪，这是由于影象中的白带与灰带会被妥当的填补与差别；当k1大于13时，匀称Blob面积相对较高而匀称Blob个数相对较低，这是由于螺峰、螺谷已渐渐地黏合在一齐。剖析可知，k1与k2的褂讪区间离别为：k1∈［7，11］与k2∈［1，14］。
②高频能量临界值k3的影响。参数k3为式(4)顶用来造成凹下带阻滤波器，以去除频次域中的高频成分。个别而言，当k3过小，过剩的凹下带阻滤波器会造成，当频次域影象回转回空间域后，缺点会连同罗纹布局一齐被滤除去；当k3太大，仅会有单个位于频次域影象正宗旨的凹下带阻滤波器，当频次域影象回转回空间域后，罗纹团体的布局仍会保存；而合适的k3可准确地将代表罗纹图样的高频成分滤除，也便是将与罗纹图样的角度成正交的高频成分降为零，使罗纹布局被滤除去，进而保存缺点。为了获得褂讪的k3，针对磨练模范，以k3=1，2，…，的不同数值，记录不同参数下空间域罗纹与频次域高频成分，所造成的匀称夹角如图9所示。发掘当k3小于，匀称夹角跟着k3增长而变大；当k3介于-，匀称夹角则大略显露正交的情况；而当k大于，唯一造成一个凹下带阻滤波器，因而无奈揣度高频成分所造成的角度。剖析可知，k3的褂讪区间为k3∈［，］。
图7不同k1与k2时匀称Blob面积
图8不同k1与k2时匀称Blob个数
图9不同k3时匀称夹角
③管制常数k4的影响。k4为式(6)顶用来决议统计历程管制边界宽、紧的参数，用以分辨复原影象中的罗纹与缺点元素。个别而言，当k4过小，管制边界很紧，罗纹元素较难完全被剔除，故在二值化影象上会显现很多杂波，即会有假警报；当k4太大，管制边界很松，罗纹与缺点元素会完全被剔除，故会博得一全白的二值化影象，即会有漏侦测；而合适的k4可准确地将罗纹白化，而仅保存缺点。为了博得褂讪的k4，针对磨练模范，在给定k3=的情景下(取k3褂讪区间的宗旨值)，以k4=0.1，0.2，…，8.0的不同数值，记录不同参数下所博得的探测成果(见图10)。发掘假警报的形势会跟着k4的增长而缩小；漏侦测的形势则跟着k4的增长而回升，而当k介于5.7-5.9时，为最好的准确侦测、最低的假警报与漏侦测的情况。剖析可知，k4的褂讪区间为k4∈［5.7，5.9］。
图10不同k4时探测成果
(3)测验成果
采纳43个测试模范(22个非缺点、21个缺点内罗纹)停止考证。各个参数依照上文的区间，即k1=9、k2=7、k3=、k4=5.8。测验成果显示，探测准确率可达97.72%，且无假警报的情况，而唯一一个漏侦测的情况产生。漏侦测首要的出处是该影象中的罗纹坡上的刮痕较小且较不持续，因而被误判为可剔除的小面积Blob而造成漏侦测成果。另外，本文以图11a、图11c、图11e、图11g展现了几张内罗纹影象的测验成就，可博得图11b、图11d、图11f、图11h的二值化探测成果，一张包括缺点的内罗纹影象会博得一张有缺点的呼应图。灰度值较亮的刮痕是造成内、外罗纹无奈告成旋入、旋出的出处；而灰度值较暗的倒塌或裂缝则是造成内、外罗纹无奈密合或松动的主因。因而，为了到达德行保证的方针，将内罗纹归类成四个品级：
(a)(b)
(c)(d)
(e)(f)
(g)(h)
图11光学罗纹塞规的测验成果
①当没有任何Blob浮现于着末的二值化影象时，该内罗纹可视为品级A(最好)的良品；
②当有某个Blob其原始的灰度值是超过上管理边界时，该内罗纹可视为品级B的刮痕缺点品，此类内罗纹可经过攻牙器将突出物拂拭；
③当有某个Blob其原始的灰度值是超过下管理边界时，该内罗纹可视为品级C的倒塌或裂缝缺点品，此类内罗纹需经过业余的功课员的严密度测试；
④当有某些Blob其原始的灰度值是超过上、下管理边界时，该内罗纹可视为品级D的混杂缺点品，此类内罗纹须经过上述两道程序的办理。
小结
本文研讨的有方位束缚的内罗纹非来往式主动探测机，此系统先主动拾取一序列的内罗纹孔壁影象，并拼贴成一张2D全周影象图，再经正轨化与切割的子函数演算法，可主动博得待探测影象，采纳傅立叶变换的影象复原技能去除显露规律性、条状的罗纹图样，而保存刮痕、倒塌与裂缝缺点。测验成果显示，主动化探测机台的探测率可达97.72%，战胜了来往式罗纹塞规仅能探测出突出状缺点的束缚，能进一步保证内罗纹的德行。
原载《器械技能》做家：马辉
书讯?《当代刀具打算与袭用》
?《器械热办理技能与践行》
?《罕用孔加工刀具》
《高效高精度孔加工刀具》
欢送