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。

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16:07

教学视频

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_statemain_task_state = 1
'采集开关'0 - 停止采集'1 - 请求采集GLOBAL DIM grab_switchgrab_switch = 0
'相机个数GLOBAL cam_numcam_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 - 10GLOBAL DIM main_task_idmain_task_id = 10
'定义连续采集任务id - 9GLOBAL DIM grab_task_idgrab_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_YELLOWC_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。

endGLOBAL 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0END 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 endifEND 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。

（二）效果演示

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00:56