基于影像测量仪的试验筛自动测量方法探究

邹 丹

（无锡计量测试中心，江苏 无锡214101）

1 影像测量仪及它之前对试验筛的校准测量方法

它是一种集中了光、机、电与微机图像处理于一体的测量仪器。试验筛的功能是筛分，它主要用于工业生产中，在符合某个标准规范的前提下对颗粒物料进行筛分和粒度分析，很多情况下在影响产品质量的因素中物料粒度是很重要的一个。对于试验筛的校准方法有多个国家标准对其进行了规范例，如有的试验筛其网孔在20个以内，要使用显微镜检查全部网孔，用检查结果来判断试验筛的性能；但是如果试验筛的网孔远大于20个，即便是抽出40个网孔进行校准监测，误差也会非常大再加上结果是随机的，所以不能对试验筛做出正确判断。以往的测量方法大都使用显微镜或者投影仪手工完成，校准检测人员的劳动量大、校准效率较低、校准数据存在不小的主观性等其它问题，给相关部门的工作带来很多麻烦。

使用常规仪器进行测量时，一般是将米字线压在网孔的边缘，因为仪器的视觉范围不够筛面只能看到一点，很难找到大尺寸的部位，所以在校准时无法解决主观与随意问题，这种方法需要检测人员进行人工对线，效率很低。所以迫切需要探究出一种简单的自动测量方式，近年来有人提出用机器视觉方式来对试验筛进行自动校准，这个思路很好推动了试验筛校准自动化的发展。影像测量是用精密的几何量进行测量的，它把捕获的工件图像进行数字化技术处理然后提取相应的坐标点，计算工件的相关参数。这种校准方式不接触试验筛，对网孔及视角能够放大很多倍、编写程序进行测量等其它优点，它的通用性很强所以应用范围很广。

把影像测量仪用于对试验筛的网孔进行校准监测时，使用其中一些通用的测量工具来测量例如线段提取等，对所有的网孔都能进行测量，所以就避免了测量的随意性。但是这种方法也需要手工检测每个网孔，也比较繁琐。还要从影像测量仪入手，在它的计算机上编写程序使平台自动运动，还有试验筛网孔的规律性，这时若在影像测量仪的基础上开发出一种全自动的检测方法，将有很大的使用意义。

本文通过大量实验，研发了专用的测量软件，达到对试验筛的网孔进行自动测量的目的。

2 基于影像测量仪的校准检测方法

对网孔进行自动测量有这几步：自动捕获边缘点、拟定边缘线段、找出径向或纬向的网孔尺寸，网孔有圆形和方形两种，本文把方形网孔作为研究对象。

捕获边缘点的方法。通过采集卡得到的图像信息受噪声影响较大，所以在检测之前要对图像进行技术处理。这些噪声是随机的用相应型号的滤波器如高斯滤波器就能较好的解决噪声问题。高斯滤波器用在这里非常合适，例如二维高斯滤波等。滤波完后开始计算边缘点，这时使用的工具是Sobel梯度算子，结果就是边缘点的相关信息。对边缘强度设置阀值能增加检测结果的可靠性，由梯度算子得来的边缘一般都不是单像素的，通过抑制操作把它变为单像素的。这时的边缘像素是较高级别的，这会增大计算误差，为解决这个问题就要用插值法来计算边缘，确保计算的正确性。

从检测算子得来的边缘信息其来源是整幅图像的范围内，还有其它如杂点边缘等，所以这些信息不能用来计算内侧边缘。这时就要在边缘信息中找出连通区域，使用相关连通技术从起始点到相邻的边缘点在这之间进行搜索，然后再换一个区域还用此方法进行搜索，一直到把边缘点搜索完为止。在连通区内找出一些封闭的，再从中找出一个含有种子点的连通区，把它的边缘在检测中看成是网孔的边缘点。然后再通过分析方向数据，把边缘点分为4组然后把每个组的所有点拟合成边缘线段，这就是被检测网孔的边缘数据。这时的边缘线段没有经过视野限制的影响：网孔尺寸过大，机台就会到其它位置进行搜索，直到搜索完4个边缘，使每个边缘都能正确、合理的拟合为线段。

根据有关规定，校准计算要有3个距离：径向网孔距离、纬向网孔距离、丝径距离。在获得4条线段数据后，上面3个距离都是在两条线段间计算的。从几何角度上来说平行线间的距离是它们之间垂线段的长度。但实际情况是本来平行的两线段，因为各种误差如检测边缘点时产生的误差、拟合边缘点时产生的误差等其它误差的影响，两线段经计算后几何关系是很难平行的；此外还有网孔自身因为受力变形它的对边几乎上不会平行。实际情况中还有对边不一样长、对边没有对正等。

如果要计算两条线段间的距离，它们在设计时必须得是平行的，这样对距离的计算才会有实际意义。实际情况中因为各种误差才造成它们之间的不平行，这个时候该如何计算它们之间的距离呢？两线段平行时是它们之间垂线段的长度，不平行时就找一条线段再根据它来计算间距就能得到最佳的间距值。用影像测量仪测量线段时一般是捕获很多边缘点然后拟合成线段。但是在两条线段上通过采集得到的边缘点不能拟合成一条线段，这时分别对它们取点拟合就会有两条拟合线段，找出它们的角平分线然后再根据它计算两测量线段的距离。

试验筛放到机台上的时候，摆放的位置总会存在偏差，一般是测量一个网孔后其它的网孔就是倾斜的，这时就要在影像测量以上增加一个网孔校正功能，这可以避免手工操作的麻烦提高操作的效率。现在这里使用方向预估即根据上一个边缘方向、长度，把它的中心点进行相应移动直到下一个网孔位置。

根据相关要求检测时要找出两个网孔作为起始位置，然后按照上面所说的步骤进行，从起始位置向周围经、纬各方向找出10个网孔，最后对40个网孔的三个相关尺寸进行计算，得出结果后再计算这三个尺寸的平均值。检测完后把得到的尺寸数据和标准的尺寸数据在误差允许范围内比较，然后对试验筛做出正确判定，并由影像测量仪做出校准报告。

最后，还要用测量软件对这个方法进行验证。先把试验筛放平接着选择起始网孔，设定参数，通过软件使测量仪自动校准并生产成报告。结果显示，使用专用的测量软件效率高、速度快，不需要多少人工操作劳动量大大降低，人员主观因素影响和搜索的随机性也大大降低。

3 总结

本文研究了一种试验筛的自动测量方法，使用影像测量仪进行测量，影像测量仪的优点是测量速度快、良好的准确性、非接触测量、通用性强等，被应用于很多企业例如电子、塑胶、五金等的生产经营活动中，并研发了相应软件，该方法解决了对网孔校准检测过程中出现的各种难题例如网孔边缘点搜索、尺寸计算等，达到了用影像测量仪来对试验筛进行校准检测的目的，校准效率显著提高。

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