机器视觉运动控制一体机应用例程（七）齿轮缺齿检测

齿轮缺齿是其生产制造过程中的一个重大缺陷，需通过检测技术进行规避。如果使用人工进行检测，不仅会增加人工成本，且检测时容易漏检或者由于注意力不集中而导致误判，因此我们引入了机器视觉检测技术进行齿轮缺齿检测。

机器视觉齿轮检测为非接触式的无损检测方法，与传统人工检测相比，具有不可取代的优越性。

机器视觉齿轮检测系统在追求高速度、高效率、高重复性和精确度的工业生产制造过程中也更为可靠，把机器视觉检测方法用于制造系统是工业发展的方向和必然趋势，也是提高生产效率的有效途径。

上期课程，我们讲述了机器视觉方案中液位检测的应用例程，本期课程我们和大家一起分享机器视觉齿轮缺轮检测的应用例程。

一检测原理

（一）检测要求

检测齿轮状产品外边缘上的轮齿是否完整，如有缺失返回“NG”状态，并显示位置信息。若齿轮完整，则返回“OK”状态。

（二）软件算法

二软件实现

（一）软件实现

1.打开ZDevelop软件：新建项目→新建“HMI”文件→新建“main.bas”文件，用于编写界面响应函数→新建“global_variable.bas”文件用于存放全局变量并开启HMI自动运行任务→新建“detectParam.bas”文件用于初始化测量参数→新建“camera.bas”文件用于实现相机采集功能→文件添加到项目。

2.设计HMI界面。

3.在“global_variable.bas”文件中定义全局变量，定义完成后运行“Hmi.hmi”文件。

'''''全局变量大部分使用数组结构'''''

''注：basic编程中很多函数会以TABLE（系统的数据结构）做为参数

''table        说明                 table            说明

''0  '    自动二值化阈值            11~12   鼠标操作时获取的坐标

''2       亮区域的面积            20~24   图像信息

''4       暗区域的面积            6       齿轮的数量   

''40~42  齿轮的面积和位置X,Y数据          

'主任务状态

'0 - 未初始化

'1 - 停止

'2 - 运行中

'3 - 正在停止

GLOBAL DIM main_task_state

main_task_state = 1

'采集开关

'0 - 停止采集

'1 - 请求采集

GLOBAL DIM grab_switch

grab_switch = 0

'相机个数

GLOBAL cam_num

cam_num = 0

'相机种类,"zmotion;mvision;basler;mindvision;huaray"

GLOBAL DIM CAMERA_TYPE(16)

CAMERA_TYPE = "mvision"

' 定义主任务id - 10

GLOBAL DIM main_task_id

main_task_id = 10

'定义连续采集任务id - 9

GLOBAL DIM grab_task_id

grab_task_id = 9

'定义全局图像变量

GLOBAL ZVOBJECT grabImg '采集图像

GLOBAL ZVOBJECT disImg '显示图像

'定义常用颜色变量

GLOBAL C_RED, C_GREEN, C_BLUE, C_YELLOW

C_RED   = RGB(255,  0,  0)

C_GREEN = RGB(  0,255,  0)

C_BLUE  = RGB(  0,  0,255)

C_YELLOW= RGB(255,255,  0)

'检测参数：阈值模式（自动阈值或手动阈值）、低阈值、高阈值、最小面积、最大面积

GLOBAL DIM d_detect_param(5) 'd开头表示数据结构

'检测消耗时间

GLOBal DIM d_detect_time

'显示打印的字符

GLOBAL ShowString(64)

GLOBAL ShowString1(64)

'***********定义读取本地文件功能相关变量**************

''注意，该功能只在使用仿真器时有效

'定义是否使用本地图片标志

GLOBAL DIM d_use_imgfile

'定义本地图片索引

GLOBAL DIM d_index

'定义读取图片的路径

GLOBAL DIM File_Name(100)   

'***********结束定义读取本地文件功能相关变量**********

'运行HMI文件

RUN "Hmi.hmi",1

4.在“detectParam.bas”文件中初始化测量参数。

end

GLOBAL SUB init_detect_param()    '初始化测量参数

    '初始化检测参数：阈值模式（自动阈值 = 1 或 手动阈值 = 0）、低阈值、高阈值、极性（黑或白）、最大、最小、反向（即结果取反，成功变成失败、失败变成成功）

    d_detect_param(0) = 0         '手动阈值

    d_detect_param(1) = 140       '低阈值

    d_detect_param(2) = 255       '高阈值

    d_detect_param(3) = 160000    '最小面积即像素个数

    d_detect_param(4) = 180000    '最大面积

    d_use_imgfile = 1             '默认使用本地图片

    d_index      = 0

    TABLE(6)=0                    '将齿轮数量初始化为0

END SUB

5.关联HMI界面控件变量。

6.在“main.bas”文件中添加HMI界面初始化函数并在Hmi系统设置中关联初始化函数。

'HMI界面初始化函数

GLOBAL SUB hmi_init()

    grab_switch = 0              '停止采集

    main_task_state = 1          '主任务停止运行

    ZV_RESETCLIPSIZE(1280, 960)  '依据图像分辨率设置区域的裁剪尺寸，此处图像分辨率为1280x960

    ZV_LATCHSETSIZE(0, HMI_CONTROLSIZEX(10, 7), HMI_CONTROLSIZEY(10, 7)) '设置锁存的大小

    init_detect_param()          '初始化测量参数

    ZV_SETSYSDBL("CamGetTimeout", 1000) '设置采集超时

    ZV_SETSYSINT("LineWidth",6)

    ZV_LATCHCLEAR(0)             '清空锁存通道0

END SUB

7.在“camera.bas”文件中添加HMI界面中采集相关按钮响应的函数并关联动作函数。（说明：具体实现函数前两篇课程内容已经有操作演示，此处不做赘述。）

8.在“main.bas”文件中添加HMI界面按下【测试】按钮时响应的函数并关联动作函数名。

'HMI界面按下测试按钮时响应的函数

GLOBAL SUB btn_test()

    TABLE(6)=0   '检测前先将结果数据清0

    d_detect_time=0

    TICKS=0

    '定义变量，依次为白色像素连通区域，掩模区域，黑色像素连通区域，齿轮连通区域结果列表，单个齿轮连通区域，圆环区域,齿轮齿牙连通区域

    ZVOBJECT regionWhite, regionMask, regionBlack,re_connecte,circle_connect,region,re_connecte1

     '生成全图像区域

    ZV_REGENFULLIMG(grabImg,regionMask)

    '二值化处理

    if d_detect_param(0) = 0 then    '如果选择手动阈值模式

            '根据低阈值和高阈值参数生成白色像素图像regionWhite

          ZV_RETHRESH(grabImg, regionMask, regionWhite, d_detect_param(1), d_detect_param(2))

          '对白色像素区域进行一次1*1的开运算

          ZV_REOPENING(regionWhite,regionWhite,3,3)

          '对白色像素区域进行一次1*1的闭运算

          ZV_RECLOSING(regionWhite,regionWhite,3,3)

    else                             '如果选择自动阈值模式

          Dim autoThresh               '定义自动阈值模式下的二值化阈值

          '在grabImg图像中的指定区域内对图像进行自动二值化处理，输出二值化区域regionWhite 

          ZV_REAUTOTHRESH(grabImg, regionMask, regionWhite, 0)

          '对白色像素区域进行一次1*1的开运算

          ZV_REOPENING(regionWhite,regionWhite,1,1)

          '对白色像素区域进行一次1*1的闭运算

          ZV_RECLOSING(regionWhite,regionWhite,1,1)

          autoThresh = TABLE(0)

          ? "autoThresh = " autoThresh  '打印提示信息，当前二值化阈值

    endif

    ZV_REDIFF (regionMask, regionWhite, regionBlack)   '差集运算，结果为regionBlack（黑色像素区域）

    ZV_REAREA(regionBlack, 500)                         '计算黑色像素区域的面积（即像素数量）存放到table（500）中

    if(TABLE(500)>0) then '如果获取到的黑色像素数量大于0                 

         ZV_RECONNECT(regionBlack,re_connecte)     '计算区域的连通区域，存放到re_connecte列表中

         zv_refilter(re_connecte,0,d_detect_param(3),d_detect_param(4),0)'对区域列表中的区域进行过滤，保留面积在 d_detect_param(3) 到 d_detect_param(4) 的区域，面积不在此范围的区域将被过滤掉

         zv_refilter(re_connecte,20,0.9,1.2,0)'对区域列表中的区域进行过滤，保留最小外接矩形高宽比在0.9 到 1.2 的区域，面积不在此范围的区域将被过滤掉

         ZV_LISTCOUNT(re_connecte,6)     '获取列表中的连通区域的数量，存放到table（6）中 

    endif

    '绘制效果图

    Dim width, height

    ZV_IMGINFO (grabImg, 20)'获取grabImg的图像信息

    width = TABLE(20)

    height = TABLE(21)

    ZV_GRAYTORGB(grabImg,disImg)'将灰度图转换到RGB图像，用于绘制检测结果图像

    ZV_REGION(disImg, regionMask, 0, ZV_COLOR(0,0,0))      '绘制黑色的regionMask区域

    ZV_REGION(disImg, regionWhite, 0, ZV_COLOR(255,255,255))'绘制白色的regionWhite区域

    for i=0 to TABLE(6)-1     '循环获取齿轮的位置XY信息生成圆环区域，检测是否缺齿

          ZV_LISTGET(re_connecte,circle_connect,i)   '获取列表中序号为i的元素，即依次获取列表中齿轮连通区域

          ZV_REAREACENTER(circle_connect,40)  '计算每个齿轮的面积与中心位置，将数据放入TABLE(40)中

            ZV_REGENANNULAR(region,TABLE(41),TABLE(42),220,260)'生成圆环区域

            '根据低阈值和高阈值参数生成白色像素图像regionWhite

          ZV_RETHRESH(grabImg, region, regionWhite, d_detect_param(1), d_detect_param(2))

          ZV_REDIFF (region, regionWhite, regionBlack)'进行差集运算，结果为regionBlack（黑色像素区域）

          ZV_RECONNECT(regionBlack,re_connecte1)     '计算圆环区域内的黑色连通区域，存放到re_connecte列表中

          zv_refilter(re_connecte1,0,1000,3000,0)    '对区域列表中的连通区域进行面积过滤

          ZV_LISTCOUNT(re_connecte1,8)     '获取单个齿轮齿牙的数量，存放到table（8）中 

          if TABLE(8)=25 then  

              ZV_TEXT(disImg,"OK",TABLE(41),TABLE(42),70,ZV_COLOR(0,255,0)) '显示结果文本

          else   

              ShowString=TOSTR(TABLE(41),1,2)

              ShowString1=TOSTR(TABLE(42),1,2)

              ZV_TEXT(disImg,"NG，"ShowString","ShowString1,TABLE(41),TABLE(42),55,ZV_COLOR(255,0,0)) '显示结果文本

          endif

          ZV_MARKER(disImg,TABLE(41),TABLE(42),0,50,zv_color(0,255,0))   '在图像img中绘制十字

          next

          ZV_LATCH(disImg, 0)     '在锁存通道0中显示结果图像

          d_detect_time=ABS(TICKS)'计算检测消耗时间

END SUB

9.在“main.bas”文件中添加【运行】按钮响应的函数并关联动作函数。

'HMI界面按下运行按钮时响应的函数

GLOBAL SUB btn_run()

    if(2 = main_task_state) then           '如果主任务处于运行状态，打印提示信息并退出函数

         ?"已经开启连续运行任务，请勿重复操作！"

         return 

    endif

    if (1 = main_task_state) then          '如果主任务处于停止状态

        if (0 = PROC_STATUS(main_task_id)) then '如果任务未开启

            main_task_state = 2            '主任务状态设置为2，表示正在执行连续任务

            RUNTASK  main_task_id, main_task  '开启主任务

        endif

    endif

END SUB

10.在“main.bas”文件中添加【停止】按钮响应的函数并关联动作函数。

'HMI界面按下停止按钮时响应的函数

GLOBAL SUB btn_stop()

    if (2 = main_task_state) then   '如果主任务状态处于3即正在连续执行任务时

        main_task_state = 3           '将主任务状态置为3，退出循环

    endif

END SUB

三操作演示

（一）操作步骤

查看运行效果：将控制器接入电源，使用网线将控制器与PC连接，将相机通电并接入控制器→将相机、光源安装在打光测试架上，镜头连接到相机上→连接控制器，并将项目下载到控制器→运行程序，调整打光图像效果，测试程序运行效果。

完整代码获取地址

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本次，正运动技术机器视觉运动控制一体机应用例程（七）齿轮缺齿检测，就分享到这里。

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