本發(fā)明屬于工業(yè)x射線無損探傷領域，涉及一種滾珠式操縱軟軸珠子自動計數(shù)及其位置標注的方法。

背景技術：

滾珠式操縱軟軸是操縱軟軸的一種，其中間的芯部滑桿作為運動和力的唯一傳遞機構，上下兩邊規(guī)則排列著兩排稱為“滾珠”的小鋼球，用來引導芯部滑桿的運動，同時降低運動時的摩擦阻力。滾珠式操縱軟軸通過圓形的金屬管和保護套把內部結構組裝起來，兩排滾珠隱藏不可見，為了確保組裝過程中沒有丟失任何一顆滾珠，需要用x射線透射成像的設備來檢測。

滾珠式操縱軟軸從外觀上來講是直徑約幾厘米左右、長度數(shù)十米的細長圓形軸狀物體，現(xiàn)有的滾珠操縱軟軸x射線檢測設備，如專利文獻號為cn205229070u和cn106546608a公開的檢測設備，把整根軟軸放置在直線導軌內，通過導軌上的移動鉛房不斷前進來完成一次檢測，具有設備結構復雜、體積巨大、操作繁瑣等缺點，同時機電控制精度要求高，實際應用中無法滿足需求。同時，現(xiàn)有檢測設備缺乏珠子的自動計數(shù)和位置標注功能，每次檢測后需要人工來查看并數(shù)珠子的個數(shù)，效率低下且結果容易人為漏計或重計，極大地限制了產(chǎn)品應用。

技術實現(xiàn)要素：

針對檢測需求和現(xiàn)有設備的不足，本發(fā)明提供了一種滾珠式操縱軟軸珠子自動計數(shù)及其位置標注的方法，實現(xiàn)滾珠式操縱軟軸內部鋼珠的自動檢測，提高工作效率。

本發(fā)明采用如下技術方案：

一種滾珠式操縱軟軸珠子自動計數(shù)及其位置標注的方法，包括如下步驟：

(1)、獲取軟軸的原始圖像，同時復制一幅圖像記為f(x，y)；

(2)、使用固定閾值t1將f(x，y)二值化，提取軟軸成像區(qū)域，得到圖像b(x，y)；

(3)、在垂直方向上對b(x，y)中的軟軸區(qū)域進行縮小操作，第一次縮小為原來的80％，得到圖像b1(x，y)，第二次縮小為原來的30％，得到圖像b2(x，y)，使用圖像b1(x，y)減去圖像b2(x，y)，得到圖像m(x，y)；

(4)、使用垂直的直線型結構元素對f(x，y)進行膨脹運算，得到圖像g(x，y)，再對g(x，y)設定固定閾值t2對進行二值化處理，得到圖像r(x，y)；

(5)、使用圖像m(x，y)和圖像r(x，y)進行像素間的數(shù)學相與運算，得到的結果圖像記為f(x，y)；

(6)、計算結果圖像f(x，y)中每個白色區(qū)域的面積，并求出這些區(qū)域的平均面積s，然后統(tǒng)計面積處于0.8倍到1.2倍s之間的白色區(qū)域個數(shù)，即為軟軸的珠子個數(shù)；

(7)、計算步驟(6)中留下的每個白色區(qū)域的質心，以此質心坐標為中心，在圖像f(x，y)上繪制邊長為9的正方形，完成軟軸珠子位置的自動標注。

進一步，第(1)步驟具體實現(xiàn)方式是軟軸通過x射線成像裝置后，獲取的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦I(yè)計算機主機內，為軟軸檢測的原始圖像，供最后原始數(shù)據(jù)保存使用，同時復制一幅圖像記為f(x，y)，供后續(xù)步驟珠子檢測及位置標注使用。

進一步，所述的x射線掃描成像裝置包括鉛房、x射線源、線陣探測器和軟軸導軌，鉛房底部和頂部分別安裝x射線源和線陣探測器，其中x射線源的射線輻射中心和線陣探測器的成像中心位于同一垂直軸線上，鉛房左右兩側的中間部位設置開口，開口處分別安裝有軟軸導軌供軟軸進出，所述的軟軸導軌由兩段組成，一段固定于鉛房內部左側開口處，一段固定于鉛房內部右側開口處，中間留下有縫隙，為軟軸在鉛房中行進時的x射線成像區(qū)域。

進一步，第(2)步驟中所述的固定閾值t1為200，灰度值小于t1的像素取1，灰度值大于等于t1的像素取0，得到二值圖像b(x，y)，灰度值為1的白色區(qū)域對應提取出的待檢測軟軸區(qū)域。

進一步，第(4)步驟中優(yōu)選9行1列的垂直直線型結構元素，對g(x，y)設定固定閾值t2進行二值化處理，閾值t2設定為90，小于閾值t2的像素灰度值取1，大于閾值t2的像素灰度值取0，得到圖像r(x，y)。

本發(fā)明基于數(shù)字圖像處理方法的珠子自動計數(shù)及其位置自動標注的方法，實現(xiàn)軟軸檢測的自動化和智能化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的檢測裝置結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的珠子自動計數(shù)及其位置自動標注方法示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但并不用來限制本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于滾珠式操縱軟軸的檢測裝置15，包括軟軸移送裝置、x射線掃描成像裝置2、圖像采集處理裝置、控制裝置；所述的軟軸移送裝置包括軟軸自動進料裝置1和軟軸自動出料裝置8，所述的x射線掃描成像裝置2包括鉛房3、x射線源4、線陣探測器5和軟軸導軌，所述的軟軸導軌包括左側軟軸導軌6和右側軟軸導軌7，所述的圖像采集處理裝置包括工業(yè)計算機主機12、顯示器13，所述的控制裝置包括啟動按鈕9、停止按鈕10、電氣柜11和工作臺14。

其中，軟軸自動進料裝置1的進料口與左側軟軸導軌6的入口相重合，軟軸自動出料裝置8的出料口與右側軟軸導軌7的出口相重合，軟軸自動進料裝置1、左側導軌6、右側導軌7和軟軸自動出料裝置8的軸線處于同一水平線上，確保軟軸可以在軌道內順利進出鉛房，軟軸自動進料裝置1和軟軸自動出料裝置8為通用的帶式、鏈式傳動方式。x射線源4的射線輻射中心和線陣探測器5的成像中心位于同一垂直軸線上，該軸線與左側軟軸導軌6和右側軟軸導軌7的水平軸線垂直相交，相交處為左側軟軸導軌6和右側軟軸導軌7留下的約5厘米的間隙，為軟軸的x射線掃描成像區(qū)域。啟動按鈕9和停止按鈕10位于工作臺14的左側上部，分別與軟軸自動進料裝置1、軟軸自動出料裝置8、x射線源4、線陣探測器5和工業(yè)計算機主機12相連，按下啟動按鈕9后，軟軸自動進料裝置1和軟軸自動出料裝置8按設定的速度開始工作，x射線源4按設定電壓打開射線，線陣探測器5接收射線，同時將成像數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)焦I(yè)計算機主機12上，并在顯示器13顯示。按下停止按鈕10后，軟軸自動進料裝置1和軟軸自動出料裝置8停止工作，x射線源4關閉射線，工業(yè)計算機主機12自動保存采集的軟軸原始圖像和檢測的軟軸標注圖像，同時生成檢測報表，完成一次檢測過程。電氣柜11位于工作臺14的左側下部，提供整個檢測裝置的電氣連接和能源供應。工業(yè)計算機主機12位于工作臺14的右側下部，安裝有軟軸的自動計數(shù)及其位置自動標注程序，負責將線陣探測器5傳回的數(shù)據(jù)實時顯示在顯示器13上，同時自動檢測軟軸的珠子個數(shù)，標注珠子的具體位置，生產(chǎn)檢測結果的報表，保存軟軸的原始圖像和檢測的標注圖像，供日后查驗。顯示器13位于工作臺14的上側中間部位，為操作者提供交互界面。

本檢測裝置15工作時，由操作人員提前設定好軟軸自動進料裝置1和軟軸自動出料裝置8的運行速度，設定好x射線源4的工作電壓，同時打開工業(yè)計算機主機12上的軟軸珠子自動檢測程序，把待檢軟軸送入到軟軸自動進料裝置1的進料口，按下啟動按鈕9后裝置開始工作。待檢軟軸在自動進料裝置1的作用下，按照設定速度勻速在左側軟軸導軌6內行進，經(jīng)過左側軟軸導軌6和右側軟軸導軌7之間的縫隙時，被x射線源4發(fā)射的x射線穿透，數(shù)據(jù)被線陣探測器5接收，實時傳輸?shù)焦I(yè)計算機主機12內，顯示在顯示器13上，同時自動檢測軟件實時監(jiān)測當前被檢部位的珠子個數(shù)和珠子位置。待檢軟軸經(jīng)過x射線檢測的縫隙后，進入右側導軌7，再進入軟軸自動出料裝置8的出料口，由軟軸自動出料裝置8按設定速度移出鉛房3。

當整條軟軸都被自動出料裝置8移出鉛房后，操作人員按下停止按鈕10，軟軸自動進料裝置1和軟軸自動出料裝置8停止工作，x射線源4關閉，工業(yè)計算機主機12上運行的軟軸自動檢測軟件分別保存采集的原始軟軸x射線圖像和檢測后標注位置的x射線圖像，同時生產(chǎn)待檢軟軸的檢測報表，供操作人員查看。整條軟軸的x射線成像檢測過程是通過軟軸勻速穿過x射線成像區(qū)域來實現(xiàn)的，射線源4和線陣探測器5無需移動，因此不論軟軸長度為幾米，都可以通過本檢測裝置來檢測，同時設備的主體x射線掃描成像裝置2可以設計為比較小巧的標準尺寸，不隨被檢測軟軸的變化而變換。

為了保證軟軸在成像過程中的勻速運動，軟軸自動進料裝置1和軟軸自動出料裝置8的運行速度需要設置為同一速度，具體速度大小取決于檢測設備的成像硬件參數(shù)。假設線陣探測器5的像素間距為a微米，成像時的像素合并個數(shù)為n個(n一般取1、2、4、8等整數(shù))，積分時間為t毫秒，線陣探測器5距離軟軸的高度為h1毫米，x射線源4的燈絲焦點距離軟軸的高度為h2毫米，則設定的速度v由下式來決定：

速度設置比理論速度v大時，掃描的成像結果比實際物體窄，速度設置比理論速度v小時，掃描的成像結果比實際物體寬，都會導致成像失真。當x射線掃描成像裝置2的具體參數(shù)確定后，軟軸的運行速度也隨之確實，操作人員設定一次后就無需再次設定。

x射線源4的工作電壓設定取決于滾珠式操縱軟軸的具體構成，如鋼珠的大小、金屬管和保護套的厚度等。實際應用時，對于某一型號的軟軸需要通過提前實驗來確實最佳工作電壓，以恰好能穿透軟軸、可以清楚分辨滾珠形狀為宜，常見軟軸的最佳電壓為90kv。線陣探測器的像素合并個數(shù)和積分時間的設定一般取決于線陣探測器本身的制造工藝，按生產(chǎn)商家給出的最佳參數(shù)設置即可。

左側軟軸導軌6和右側軟軸導軌7選用圓形薄壁鋼管，分別直接固定在鉛房左右兩側的開口處。鉛房3的開口的大小和圓形薄壁鋼管的直徑相匹配，實際大小取決于被檢測軟軸本身的直徑大小，一般選擇被檢軟軸直徑的1.8倍左右為宜，太大容易導致軟軸運行軌跡不穩(wěn)影響掃描成像質量，太小容易導致軟軸運行時卡住。本實施例中優(yōu)選直徑為15厘米的圓形開口和圓形薄壁鋼管，可對直徑幾厘米左右的軟軸進行檢測。

如圖2所示，本發(fā)明還公開的一種滾珠式操縱軟軸的珠子自動計數(shù)及其位置標注的方法，具體包含以下步驟：

(1)、獲取軟軸的原始圖像，同時復制一幅圖像記為f(x，y)，軟軸通過x射線成像設備后，獲取的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦I(yè)計算機主機內，為軟軸檢測的原始圖像，供最后原始數(shù)據(jù)保存使用，同時復制一幅圖像記為f(x，y)，供后續(xù)步驟珠子檢測及位置標注使用。

(2)、使用固定閾值t1將f(x，y)二值化，提取軟軸成像區(qū)域，得到圖像b(x，y)，軟軸x射線圖像f(x，y)中軟軸的成像區(qū)域僅占其一部分，由于軟軸吸收x射線導致該區(qū)域灰度值較低，其它區(qū)域x射線沒有被吸收灰度值為255，充分考慮x射線接收器自身誤差產(chǎn)生的灰度波動，設定固定閾值t1為200，灰度值小于t1的像素取1，灰度值大于等于t1的像素取0，得到二值圖像b(x，y)，灰度值為1的白色區(qū)域對應提取出的待檢測軟軸區(qū)域。

(3)、在垂直方向上對b(x，y)中的軟軸區(qū)域進行縮小操作，第一次縮小為原來的80％，得到圖像b1(x，y)，第二次縮小為原來的30％，得到圖像b2(x，y)，使用圖像b1(x，y)減去圖像b2(x，y)，得到圖像m(x，y)，步驟2提取出的軟軸區(qū)域是整條軟軸的x射線掃描成像區(qū)域，其中包含軟軸的全部幾何結構包括保護套、金屬管、滾珠固定支架、中間的芯部滑竿和滾珠，跟滾珠無關的部件會對滾珠計算造成干擾，由于滾珠式軟軸內部結構固定，反應在x射線的成像區(qū)域上，在垂直方向上從上倒下依次是保護套、金屬管、上排滾珠及其支架、芯部滑竿、下排滾珠及其支架、金屬管和保護套，其中上下兩邊的保護套和金屬管約占軟軸垂直方向上20％的區(qū)域，上下兩排的滾珠及支架約占軟軸垂直方向上50％的區(qū)域，中間的芯部滑竿約占軟軸垂直方向上30％的區(qū)域，準確提取出上、下兩排滾珠區(qū)域可有效避免計數(shù)可能產(chǎn)生的誤判，在分析滾珠式軟軸幾何結構的基礎上，第一次縮小為原來的80％得到圖像b1(x，y)，分別去掉了軟軸上下兩邊的金屬管和保護套區(qū)域，第二次縮小為原來的30％得到圖像b2(x，y)，僅留下軟軸中間的芯部滑竿區(qū)域，使用圖像b1(x，y)減去圖像b2(x，y)得到的圖像m(x，y)恰好是軟軸的上下兩排滾珠區(qū)域。

(4)、使用垂直的直線型結構元素對f(x，y)進行膨脹運算，得到圖像g(x，y)，再對g(x，y)設定固定閾值t2對進行二值化處理，得到圖像r(x，y)，膨脹運算是數(shù)字圖像處理中數(shù)學形態(tài)學的基本運算之一，使用選定的結構元素對圖像進行膨脹運算相當于局部極大值運算，即每次在結構元素涉及的像素范圍內選擇最大灰度值賦給目標像素，待處理圖像的每一個像素都要進行同樣的運算，最終處理結果是圖像整體變亮，比結構元素小的暗細節(jié)被去掉。軟軸的x射線圖像上鋼珠體積較大，表現(xiàn)為一個圓形的黑色區(qū)域，滾珠的固定支架為一層細薄的鋼架，表現(xiàn)為鋼珠黑色圓形區(qū)域之間水平方向上的黑色連線。使用垂直的直線型結構元素對f(x，y)進行膨脹運算，可以去掉鋼架形成的水平黑線，本實施理中優(yōu)選9行1列的垂直直線型結構元素，能夠去掉鋼架對應的水平黑線，同時不影響鋼珠的圓形區(qū)域，得到的結果圖像記為g(x，y)。對g(x，y)設定固定閾值t2進行二值化處理，小于閾值t2的像素灰度值取1，大于閾值t2的像素灰度值取0，得到圖像r(x，y)，本實施例中閾值t2設定為90，體積比較大的軟軸構件，如芯部滑竿、滾珠和軟軸的金屬管保護套會被保留下來灰度值取1，體積較小的構件如滾珠之間的支架，膨脹過程中被去除，二值化的過程中灰度值取0，圖像r(x，y)中的白色區(qū)域為軟軸的芯部滑竿、滾珠和最外層的保護結構，三者連接在一起。

(5)、使用圖像m(x，y)和圖像r(x，y)進行像素間的數(shù)學相與運算，得到的結果圖像記為f(x，y)，步驟(3)獲取的圖像m(x，y)為軟軸上下兩排的滾珠區(qū)域，步驟(4)獲取的圖像r(x，y)為軟軸的芯部滑竿、滾珠和最外層的保護結構區(qū)域，二者進行像素間的數(shù)學相與運算，芯部滑竿區(qū)域和最外層的保護結構區(qū)域被去掉，僅有滾珠區(qū)域被保留下來，得到的結果圖像f(x，y)為上下兩排分離的白色區(qū)域，分別對應于軟軸上的滾珠部位。

(6)、計算結果圖像f(x，y)中每個白色區(qū)域的面積，并求出這些區(qū)域的平均面積s，然后統(tǒng)計面積處于0.8倍到1.2倍s之間的白色區(qū)域個數(shù)，即為軟軸的珠子個數(shù)，步驟(5)中得到的結果圖像由于成像過程中的機械誤差或者噪聲干擾，可能存在面積較大或較小的白色區(qū)域，這些區(qū)域不是真正的滾珠區(qū)域，需要進一步去除。根據(jù)前面步驟的運算過程可知，結果圖像f(x，y)中的白色區(qū)域滾珠占絕大多數(shù)，同時滾珠大小一致，對應的白色區(qū)域面積也基本一致，使用統(tǒng)計的方法可以鑒別出滾珠區(qū)域和非滾珠區(qū)域，本實施例中使用平均面積的0.8倍和1.2倍作為鑒別區(qū)間，小于0.8倍平均面積的白色區(qū)域為噪聲干擾，大于1.2倍平均面積的白色區(qū)域為成像過程中機械誤差產(chǎn)生的結構性干擾，可以實現(xiàn)去除偽鋼珠的目的。

(7)、計算步驟(6)中留下的每個白色區(qū)域的質心，以此質心坐標為中心，在圖像f(x，y)上繪制邊長為9的正方形，完成軟軸珠子位置的自動標注，步驟(6)中的白色區(qū)域對應軟軸的滾珠區(qū)域，其質心對應滾珠的中心部位，以此坐標為中心繪制邊長為9的正方形可以標注出檢測出鋼珠的具體位置。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發(fā)明的保護范圍。