本发明涉及水平仪领域，特别是涉及一种气泡水平仪自动检测系统。

背景技术：

气泡水平仪是各行各业中得到广泛应用的测量小角度的一种常用量具，是根据水平仪上气泡偏离中心刻度的多少来判断基座或平台是否水平。该产品在出厂之前必须经过自身水平程度标定，即把气泡水平仪放在标准水平面上，从气泡偏离中心的程度来检验水平仪自身的水平程度。目前国内厂家在检测中主要依靠肉眼判断，显然，该方法存在不稳定、易受外界因素影响、误差大且速度慢等缺陷。而对于精度要求高的产品，肉眼很难胜任。因此，迫切需要一种对气泡水平仪进行精准检测的技术，这对用于出口等的高端产品尤其关键。

采用计算机实时图像处理技术是实现这类精确检测的有效途径，利用工业摄像机，从一定的角度对气泡拍摄图像，然后利用图像处理技术对气泡大小、长度及偏移量进行精确的量化，对气泡水平仪产品检测技术的提升及气泡水平仪的自动校准有着十分重要的意义。

气泡水平仪产品质量的好坏与操作人员和识别气泡偏移大小的能力和相应操作经验等有着直接的关系。国内目前很多工厂生产的气泡水平仪精度不够高，反映在生产指标上为工艺不够细腻、角度不够水平等。通过图像获取和图像处理技术，就能够准确地把气泡偏移的情况反映出来，这可以大大减少肉眼的随意性，提高产品质量和生产效率。

国内对于水平仪的研究主要在于研究水平仪检测水平的不同实现方式。比如，通过激光或者红外线等其他手段来判断是否水平。如公开号为CN201510300621.6的中国专利文献公开了一种水平铅直两用激光定位仪，利用激光器发出点状、一字形或十字形定位基准线作为定位基准，能够建立水平和铅直两个方向基准光线，能够利用该定位仪外表面进行水平度和垂直度测量。公开号为CN201120016014.4的中国专利文献公开了一种红外线水平仪，提供了一种结构简单、成本低、精度高的红外线水平仪。而对于判定水平仪本身是否合格的研究较少。

公开号为CN201220264264.4的中国专利文献公开了一种全自动气泡型水平仪检定装置。该装置通过光栅尺测量出工作台升降调节机构的进给量并反馈给控制器，由控制器计算出工作台的倾斜角度，再由旋钮调节机构旋转调节气泡型水平仪，通过第二摄像装置来自动判断气泡是否融合，当气泡融合后，通过第一摄像装置来读出气泡型水平仪的读数，通过控制器将该读数与工作台的倾斜角度进行比较，来检定气泡型水平仪的精度。该装置需要两台摄像机容易产生误差，而且该装置对如何判断气泡是否融合并没有进行说明。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于图像处理和识别技术的气泡水平仪自动检测系统。

本发明的技术方案为：

一种气泡水平仪自动检测系统，包括：

检测平台；

气泡水平仪，安装在所述的检测平台上；

执行单元，用于调节所述气泡水平仪的水平度；

图像获取单元，用于获取所述气泡水平仪上气泡的位置图像；

图像处理单元，用于对获取的位置图像进行处理并得到气泡偏移中心线的距离。

其中，所述的执行单元包括：设置在检测平台上的固定基板；位于固定基板上的活动转板，其上安装有所述的气泡水平仪，该活动转板的一端与固定基板铰接，另一端通过千分尺支撑在固定基板上；驱动所述千分尺以调节活动转板的水平度的伺服电机。

所述的图像获取单元包括装配光学镜头的工业摄像机、用于照明的光源和高速图像采集卡。

其中，光源的选取对气泡图像的成像有极重要的影响，光源的类型、强度、位置及大小都会影响图像的效果，直接影响到检测结果。本例采用发光二极管平板灯(光源)从背面照明，而工业摄像机和光学镜头从水平仪气泡的侧面拍摄图像。为避免外界光线的干扰，本例还制作了专用的光箱，使整个专用检具除千分尺留在外面以方便人员观察外，其他部分及工业摄像机和光学镜头都密封在光箱里面。另外，拍摄的距离对检测效果和精度也有影响。本例通过实验选取了一个比较合适的距离，使拍摄的照片只含有水平仪气泡前面的刻度线，从而得到比较清晰的图像。

进一步的，所述的图像处理单元包括PC机，用于接收并处理图像获取单元所拍摄的图像并发出控制所述执行单元的信号。

本发明中，图像获取及处理如图4所示，采用光源6对水平仪检测平台7的特定部位进行照射，利用工业摄像机和光学镜头8进行实时视频图像采集，视频流经高速图像采集卡9处理后传入PC机10，在PC机10上一边显示实时图像，一边同时对图像进行处理，并进行判断，最后把处理后的图像及结果在PC机10上显示出来。

所述执行单元12如图3所示，包括伺服电机(包含伺服驱动器)14、运动控制卡13及机械传动系统15。系统的控制信号由PC机10发出，经过运动控制卡13将控制信号发送到伺服电机(包含伺服驱动器)14，以控制该伺服电机的正反转及电机转速等，再由机械传动系统15动作来调节千分尺4，达到操作目的。

水平仪气泡2也叫水准泡，是水平仪的重要组成部分，其质量的好坏，直接影响到水平仪的质量。本系统需要检测水平仪的水泡角值，所谓水泡角值是衡量水准泡质量的一个重要指标，根据GB1146-74，它是指气泡沿水准泡轴向移动2毫米(欧美标准为2.5毫米)时，水准泡所倾斜的角度。

具体说，该系统需要完成两步骤：将水平仪的气泡进行定位；根据定位数据判断气泡位置，并使气泡最终移动到中线处。通过比较就可以获得所需要的水泡角值。

本发明具有以下优点：

(1)精度高：通过计算机图像处理技术，能够准确地把气泡偏移的情况反映出来，大大提高了水平仪的精度。

(2)效率高：用计算机进行气泡位置的检测，并自动迅速显示检测的结果，大大提高了生产效率。

(3)成本低：图像处理及输出控制系统的成本低廉，维护保养简单，对原有系统不产生严重影响，非常适合用于工业生产及其检测过程中。

附图说明

图1为本实施例气泡水平仪检测平台示意图；

图2为图像获取及处理系统示意图；

图3为控制及执行系统示意图；

图4为视频处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明具体实施方式。

本实施例中，气泡水平仪自动检测系统的检测平台7如图1所示，包括活动铰链1、水平仪气泡2、活动转板3、调节千分尺4和固定基板5。

如图2所示，图像获取及处理单元包括PC机10、高速图像采集卡9、工业摄像机和光学镜头8、光源6等，以及图像处理的方法。

本实施例中，图像处理方法包括图像预处理、图像边缘检测、图像特征提取及识别判断等过程，实时获取的图像往往是不完美的，由于干扰、光照等因素使图像质量不高，进行预处理就是提取出图像中系统感兴趣的信息，图像预处理包括图像增强、平滑滤波、锐化等，预处理过程中本例采用空域法；本例的边缘检测系对气泡图像各个像素点进行差分或求二阶差分来确定边缘像素点；图像特征提取及识别判断包括图像分割，特征抽取和识别判断三个阶段，图像分割是为了检测出物体，把它的图像与其余景物分离，特征抽取是抽取物体的若干特征组合在一起，构筑一个能描述样品特征的向量空间，而识别判断则通过对一组已知类别的训练样本集学习计算特征参数，将特征空间分割成不同类型区域，从而实现对未知样品的分类判断。对于本系统而言，图像中的目标物体有两个：气泡和两侧的刻度线。从目标物体中抽取主要表达特征并将其存在计算机中，进行样本训练，识别过程就是将采集的图像经处理后与样本的特征进行比对，判断比对结果并形成不同的类型。

执行单元12如图3所示，包括伺服电机(包含伺服驱动器)14、运动控制卡13及机械传动系统15。

检测过程如图4所示，首先，系统的校准信号由PC机10发出，点亮光源6，同时经过运动控制卡13将控制信号发送到伺服电机(包含伺服驱动器)14，通过机械传动系统15调节千分尺4，使活动转板3处于水平状态。

然后启动PC机10上的“初始定位”信号按钮，工业摄像机和光学镜头8把实时拍摄到的水平仪气泡2图像通过高速图像采集卡9传入PC机10，并判断图像是否有效，同时把水平仪气泡2的初始位置记录下来。

本例中目标物体相对简单，仅包含气泡本身以及两侧的刻度线，识别气泡的目的是为了检测得到气泡界线与刻度线的相对位置和距离，得到检测结果后与标准范围进行比较，就可以进行相关操作。

接着，PC机10经过运动控制卡13将控制信号发送到伺服电机(包含伺服驱动器)14，通过机械传动系统15调节千分尺4，使活动转板3的右侧缓缓抬起。

上述操作进行的同时，PC机10根据工业摄像机和光学镜头8拍摄到的水平仪气泡2的实时图像进行处理，判断图像是否有效，并将气泡2偏移初始位置的距离实时显示出来。当气泡2移动距离达到2毫米(也可以设定为2.5毫米)时，停止调节千分尺4，并在屏幕上显示。此时千分尺4的读数就是水平仪气泡2所倾斜的角度，即水泡角值。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，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。