CN106018179A

CN106018179A - 一种基于图像处理的胶料表面黏性测量方法及装置

Info

Publication number: CN106018179A
Application number: CN201610152796.1A
Authority: CN
Inventors: 边慧光; 郝国强; 汪传生
Original assignee: Qingdao University of Science and Technology
Current assignee: Qingdao University of Science and Technology
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2016-10-12

Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的胶料表面黏性测量方法，该方法包括以下步骤：将运动过程中的测试球进行周期性抓拍，以3张图像为一组，获得一组原始图像；获得二值化图像；搜索所述二值化图像中测试球轮廓，并且通过图像畸变矫正，计算测试球实际中心点坐标值；根据实际中心点坐标值，计算每组图像中测试球的加速度；根据加速度表征胶料的粘性特征。本发明的有益效果为：通过对图像的精细处理来得到测试球的相同周期内的位移值，并且在对图像处理的过程中还采用了畸变算法对图像进行处理使得测量位移的结果更加精确，并且测量的时候采用一次测量避免了多次测量对测试球表面形成压陷，进而影响测量结果的效果。

Description

一种基于图像处理的胶料表面黏性测量方法及装置

技术领域

本发明涉及橡胶胶料性能测试技术领域，具体来说，一种基于图像处理的胶料表面黏性测量方法及装置。

背景技术

轮胎作为汽车的最关键的部件之一，其气密性、安全性和粘合性受胶料表面黏性的直接影响，胶料表面的黏性量太低会引起胎体脱层，而黏性量太高则使轮胎层与层之间难以分离，要想提高轮胎的生产质量和加工效率，需要对未经硫化胶料的表面黏性量进行精确测量，因此，对胶料表面黏性量的测量方法研究具有重要的现实意义。

在工业生产中，传统的胶料表面黏性量的测量方法一般是将两个相同胶料的表面在一定压力作用下接触一定的时间，然后撤销压力，并测量拉开胶料所需的拉力。现在大多数的轮胎制造企业采用这种胶片(敷PE膜)拉开法，但用这种方法来确定胶料表面黏性量，存在测试周期长、效率低的缺陷，需要专门的测试人员进行测试，增加了成本，且存在人为误差，这将无法得到精确的胶料表面黏性量，不能量化产品黏性量，不利于对新产品的改良、创新和定量化统计分析，对胎面胶料的黏性测量，在实际生产过程中利用门尼粘度计、塑性计和橡胶加工分析仪进行测量，但这些设备进行测量时需要的时间较长，如门尼粘度计做一组实验需要5分钟左右，效率较低，并且这些设备不利于与计算机集成等问题。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图像处理的胶料表面黏性测量方法及装置，以克服目前现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种基于图像处理的胶料表面黏性测量方法，该方法包括以下步骤：

(1)将测试球以初速度在测试胶料上作直线运动，并且在运动过程中进行周期性抓拍，以3张图像为一组，至少获得一组原始图像；

(2)对步骤(1)中所述原始图像进行预处理，获得二值化图像；

(3)搜索所述二值化图像中测试球轮廓，计算测试球的中心点，并通过图像畸变矫正，计算测试球实际中心点坐标值；

(4)根据实际中心点坐标值，计算每组图像中测试球的加速度；

(5)根据所述加速度表征胶料的粘性特征。

进一步的，所述步骤(2)还包括：

通过加权平均值法对所述原始图像进行灰度化处理；

将获得的灰度图像进行局部自适应二值化处理，获得二值化图像。

进一步的，该方法还包括通过所述步骤(4)中实际中心点坐标值，获取相邻三点之间的两个位移值，并标记为S0和S1。

进一步的，该方法还包括通过如下公式计算测试球的加速度，

由公式求得加速度式中t为图像抓拍周期。

进一步的，该方法还包括利用F＝ma求得测试胶片的表面粘性力，用胶料的表面黏性量F以表征胶料表面粘性特征。

进一步的，所述步骤(1)中测试球在倾斜轨道上做自由落体运动获得所述初速度

一种胶料表面粘性测量装置，包括水平仪，所述水平仪上表面设置有测试胶片，所述测试胶片上固定安装有斜楔，所述斜楔的上表面作为测试球的第一运动轨道，所述测试胶片的上表面作为胶料的第二运动轨道，所述水平仪的一侧沿长度方向布置有线激光源发射器，所述水平仪的另一侧布置有面向所述水平仪的CCD工业相机。

进一步的，所述水平仪在设置有CCD工业相机的一侧沿长度方向布置有透明背板，且所述透明背板位于所述水平仪与所述CCD工业相机之间位置。

本发明的有益效果为：通过对图像的精细处理来得到测试球的相同周期内的位移值，达到了测量结果精确的效果，并且在对图像处理的过程中还采用了畸变算法对图像进行处理使得测量位移的结果更加精确，此外本发明还具有通过图像测量测试球的加速度进而表征粘性特征，具有准确性高的特点，并且测量的时候采用一次测量避免了多次测量对测试球表面形成压陷，进而影响测量结果的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的基于图像处理的胶料表面黏性测量方法流程图；

图2是根据本发明实施例的胶料表面粘性测量装置结构示意图；

图3是根据本发明实施例的畸变算法模型图；

图4是根据本发明实施例的测试球滚球法原理示意图；

图5是根据本发明实施例的测试球在相同高度测试结果分布图；

图6是根据本发明实施例的测试球在不同高度测试结果分布图。

图中：

1、CCD工业相机；2、透明背板；3、测试球；4、测试胶片；5、斜锲；6、线激光源发射器；。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，根据本发明的实施例所述的一种基于图像处理的胶料表面黏性测量方法，该方法包括以下步骤：

(2)对步骤(1)中所述原始图像进行预处理，通过加权平均值法对所述原始图像进行灰度化处理；将获得的灰度图像进行局部自适应二值化处理，获得二值化图像。；

(5)根据所述加速度表征胶料的粘性特征。

在步骤1中原始图像的具体获得方法包括，通过如图2所述的一种胶料表面粘性测量装置，该装置包括水平仪，所述水平仪上表面设置有测试胶片4，所述测试胶片4上固定安装有斜楔5，所述斜楔5的上表面作为测试球3的第一运动轨道，所述测试胶片4的上表面作为胶料的第二运动轨道，所述水平仪的一侧沿长度方向布置有线激光源发射器6，所述水平仪的另一侧布置有面向所述水平仪的CCD工业相机1，使测试球在斜楔5的顶端向下运动，使得测试球3在胶片上以一定的初速度运动在运动的过程中通过工业相机以相同的周期抓拍，将抓拍后的图像传到图像处理软件中进行待处理，得到原始图像。

上述步骤(2)中二值化图像的具体获得方法首先：抓拍的图像为彩色图像，首先将彩色图像转化成为灰度图像。彩色图像中的每个像素的颜色有R、G、B三个分量决定，而每个分量有255个中值可取，这样一个像点可以有1600多万(255×255×255)的颜色的变化范围。而灰度图像是R、G、B三个分量相同的一种特殊的彩色图像，其中一个像素点的变化范围为255种，所以在数字图像处理中一般先将各种格式的图像转变成灰度图像以使后续的图像的计算量变得少一些。灰度图像的描述与彩色图像一样仍然反映了整幅图像的整体和局部的色度和亮度等级的分布和特征。在RGB模型中，如果R＝G＝B时，则彩色表示一种灰度颜色，其中R＝G＝B的值叫做灰度值。因此，灰度图像每个像素只需一个字节存放灰度值(又称强度值、亮度值)，灰度范围为0-255，采用加权平均值发对灰度图像进行处理，就提方法包括根据重要性及其它指标，将R、G、B三个分量以不同的权值进行加权平均。由于人眼对绿色的敏感度最高，对蓝色敏感度最低。因此，我们可以按下式(1-1)，对RGB三分量进行加权平均能得到较合理的灰度图像。

f(i,j)＝0.30R(i,j)+0.59G(i,j)+0.11B(i,j)) (1-2)

上述步骤(3)中首先对二值化图像中测试球轮廓进行搜索，此时搜索检测到的图像由于运动过程中采集的图像有形变所以无法准确的测量测试球的中心点，所以本方案采用图像畸变矫正算法来计算测试球实际中心点坐标值；参照图3利用二值化后的图像，将每幅图像的测试球轮廓从图像中提取出来，并计算测试球轮廓的中心点D在图像中的位置坐标，并由测试球轮廓的中心点计算测试球的中心在图像中实际的位置点F。利用以下的校正算法进行中心点的求取计算，从图像中可以获取的参数有三角形ΔABE边长a的值和三角形ΔABC边长c的值，已知测试球的半径值为R，可求取三角形ΔABD边长b的值，最终求得L(测试球中心点投影到BC上的F点与AB的距离)的值，其中L值与位移S1相等，因此可求得位移S1的值，循环处理图像，再循环中将得到的S1的值依次赋值到S0，这样就得到图像采集算法中的S0、S1的值，其理论研究公式如下：

由相似三角形得：

得：

进而得到测试球在处理后的图像中的经过T时间的位移值：

S1＝L＝(R*b)/(b-a) (6)

进一步的，根据求得的位移值计算加速度，

由公式求得加速度式中t为图像抓拍周期。

在一个实施例中:采用测试球单次滚动，未采用多次重复滚动，防止测试球第一次滚动在胶料压出痕迹影响后面滚动测试得到的结果，将测试球放置到如图4的斜坡上。

释放测试球并自由滚动，使测试球获得一定的初速度滚动到胶料表面，因为胶料具有一定的黏性，从而使测试球的运动受阻碍，呈现减速现象，利用线性激光器对测试球进行投影和工业高速相机进行运动轨迹采集以及图像分析，计算测试球的速度以及加速度等相关参数，采用新的算法进行数据处理，以便分析计算黏性量。

测试球图像处理包括：从CCD工业相机1获取待处理图像，将图像利用加权平均值法进行灰度化处理，然后将灰度图像进行局部自适应二值化处理，搜索二值化图像中测试球的轮廓，并计算在图像中测试球的中心点，获取畸变数据并矫正图像，计算测试球实际的中心坐标值，获取大于等于三幅图像的中心坐标值；计算测试球的位移S0、S1，速度v₀、v₁和加速度a，最后通过加速度求取测试球的粘性量。

其中通过图像处理获取测试球的加速度进而求取粘性量还能起到测量精确的效果，在一个实施例中通过自制视觉测试实验平台获取测试球运动图像，对图像进行处理进而求得粘性值，将同一胶片样品分割成4份，取其中的2份，分别在胶料表面粘性分析仪和自制视觉测试实验平台进行测试，做10组实验。

利用视觉测试实验平台测得数据，在相同高度，小球滚落取得的数据；利用胶料表面粘性分析仪测得相关数据，处理数据，将数据通过分析绘制成折线图的形式如图5所示。

从图5中可以看出，视觉测试的方法测得结果较为稳定，偏差值也较小，因为视觉测量的实时性好，并且可以在生产过程中随时抽取样品进行检测，检测时间大大缩短，利于提高生产效率；粘性分析仪的测量结果波动性较大，平均值接近测量参考值，但结果并不理想，引起这种结果的原因应该是粘性分析仪对数据的采集频率低，数据太过离散，可能造成部分有用数据的丢失，所以处理数据得到不稳定的数据。

考虑在不同高度下释放小球，可能会影响测量数据，所以做几组实验进行对比，使用剩下的两个胶片，取五组不同高度值，分别进行试验，每组做3次试验求平均值，观察数据是否影响测量的粘性值，分别使用视觉测试实验平台和粘性分析仪测量获得相关数据，处理数据，将数据通过分析绘制成折线图的形式，如图6所示。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过对图像的精细处理来得到测试球的相同周期内的位移值，达到了测量结果精确的效果，并且在对图像处理的过程中还采用了畸变算法对图像进行处理使得测量位移的结果更加精确，此外本发明还具有通过图像测量测试球的加速度进而表征粘性特征，具有准确性高的特点，并且测量的时候采用一次测量避免了多次测量对测试球表面形成压陷，进而影响测量结果的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于图像处理的胶料表面黏性测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(2)对步骤(1)中所述原始图像进行预处理，获得二值化图像；

(5)根据所述加速度表征胶料的粘性特征。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的胶料表面黏性测量方法，其特征在于，所述步骤(2)还包括：

通过加权平均值法对所述原始图像进行灰度化处理；

3.根据权利要求1所述的基于图像处理的胶料表面黏性测量方法，其特征在于，该方法还包括通过所述步骤(4)中实际中心点坐标值，获取相邻三点之间的两个位移值，并标记为S0和S1。

4.根据权利要求3所述的基于图像处理的胶料表面黏性测量方法，其特征在于，该方法还包括通过如下公式计算测试球的加速度，

由公式求得加速度式中t为图像抓拍周期。

5.根据权利要求4所述的基于图像处理的胶料表面黏性测量方法，其特征在于，该方法还包括利用F＝ma求得测试胶片的表面粘性力，用胶料的表面黏性量F以表征胶料表面粘性特征。

6.根据权利要求1所述的基于图像处理的胶料表面黏性测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中测试球在倾斜轨道上做自由落体运动获得所述初速度。

7.一种胶料表面粘性测量装置，包括水平仪，所述水平仪上表面设置有测试胶片，其特征在于，所述测试胶片上固定安装有斜楔，所述斜楔的上表面作为测试球的第一运动轨道，所述测试胶片的上表面作为胶料的第二运动轨道，所述水平仪的一侧沿长度方向布置有线激光源发射器，所述水平仪的另一侧布置有面向所述水平仪的CCD工业相机。

8.根据权利要求7所述的胶料表面粘性测量装置，其特征在于，所述水平仪在设置有CCD工业相机的一侧沿长度方向布置有透明背板，且所述透明背板位于所述水平仪与所述CCD工业相机之间位置。