一种螺纹连接旋转松动角度的测量方法、装置及系统

1.本技术属于螺纹连接检测技术领域，尤其涉及一种螺纹连接旋转松动角度的测量方法、装置及系统。


背景技术：

2.螺纹连接结构由于成本低、拆装方便、产生的连接力大等优点，被广泛应用于机械、交通、建筑等领域当中。但是在实际使用过程中，由于各种振动冲击等复杂工况的存在，螺纹连接结构容易发生松动失效，而螺纹连接松动会影响连接结构的稳定，因此需要对螺纹连接结构的防松性能进行检测。
3.本技术提出一种基于图像处理的螺纹连接旋转松动角度的测量方法、装置及系统，可准确测量出螺纹连旋转松动角度。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本技术提供一种基于图像处理的螺纹连接旋转松动角度的测量方法、装置及系统。
5.第一方面，本技术提供一种螺纹连接旋转松动角度的测量方法，包括图像采集装置和振动测试装置，所述振动测试装置包括支撑板、连接板、驱动机构和第一压力传感器；所述连接板放置于所述支撑板上，并通过待测试螺纹连接结构固定连接，所述驱动机构与所述连接板的一端连接，所述驱动机构用于向所述连接板周期性施加测试方向上的驱动力；所述第一压力传感器设置于所述待测试螺纹连接结构与所述支撑板或所述连接板之间，用于监测所述待测试螺纹连接结构的预紧力；
6.通过所述振动测试装置对所述待测试螺纹连接结构进行振动测试；
7.通过所述图像采集装置，采集处于振动测试状态下的所述待测试螺纹连接结构的视频或图像序列；
8.对所述视频或图像序列进行图像处理，获得所述待测试螺纹连接结构在任一时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。
9.在一种可实现方式中，通过所述图像采集装置，沿着与所述待测试螺纹连接结构的螺纹轴线平行方向对所述待测试螺纹连接结构进行拍摄，使采集的视频或图像序列中包括所述待测试螺纹连接结构的内螺纹件的端面或者外螺纹件的头部的端面。
10.在一种可实现方式中，所述测量方法还包括：
11.获得所述待测试螺纹连接结构在多个不同时刻相对于基准时刻的旋转松动角度；
12.根据所述待测试螺纹连接结构在多个不同时刻相对于基准时刻的旋转松动角度，生成所述待测试螺纹连接结构的旋转松动角度变化曲线。
13.在一种可实现方式中，对所述视频或图像序列进行图像处理，获得所述待测试螺纹连接结构在任一时刻相对于基准时刻的旋转松动角度，包括：选定基准图像，所述基准图像为所述视频或图像序列中基准时刻对应的图像；
14.获取待配准图像，所述待配准图像为所述视频或图像序列中目标时刻对应的图像，其中，所述目标时刻与所述基准时刻为不同时刻；
15.分别提取所述基准图像和所述待配准图像中特征点；
16.确定特征点对，每组所述特征点对包括第一特征点，以及与所述第一特征点匹配的第二特征点，其中，所述第一特征点为所述待配准图像中的特征点，所述第二特征点为所述基准图像中的特征点；
17.计算所述待测试螺纹连接结构的旋转中心坐标；
18.根据所述旋转中心坐标以及所述特征点对，计算所述待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。
19.在一种可实现方式中，所述基准图像和所述待配准图像中特征点均位于所述待测试螺纹连接结构的内螺纹件的端面或者外螺纹件的头部的端面上。
20.在一种可实现方式中，所述分别提取所述基准图像和所述待配准图像中特征点，包括：
21.根据hessian矩阵行列式，计算所述基准图像和所述待配准图像中局部极值点；
22.如果所述局部极值点高于预设极值点阈值，则确定所述局部极值点对应的像素点为特征点。
23.在一种可实现方式中，所述根据所述hessian矩阵行列式，计算所述基准图像和所述待配准图像中局部极值点，包括：
24.分别获得所述基准图像和所述待配准图像的积分图像，其中，所述积分图像满足如下第一关系式，所述第一关系式为：
[0025][0026]
其中，i
∑
(x,y)表示积分图像，i(x,y)表示像素坐标(x,y)的灰度值；
[0027]
根据所述第一关系式和盒子滤波器，得到第二关系式，所述第二关系式为：
[0028][0029]
其中，所述基准图像和所述待配准图像中每个像素所在区域均为矩形区域，a、b、c和d为每一个像素所在矩形区域的四个顶点，其中，a最靠近原点，d最远离原点；wn和sn分别表示所述盒子滤波器的权重和面积；
[0030]
根据所述第二关系式，计算二阶偏导数t
xx
、t
xy
和t
yy
，得到hessian矩阵行列式，所述hessian矩阵行列式为：
[0031][0032]
其中，计算t
xx
和t
yy
时，所述第二关系式中n＝3，计算t
xy
时，所述第二关式中n＝4；
[0033]
根据所述hessian矩阵行列式，得到所述hessian矩阵行列式的估计公式，所述hessian矩阵行列式的估计公式为：
[0034]
det(h
approx
)＝t
xx
t
yy-(0.9t
xy
)2[0035]
根据所述hessian矩阵行列式的估计公式，计算所述基准图像和所述待配准图像
中每个像素点的hessian矩阵行列式的估计值det(h
approx
)，其中，hessian矩阵行列式的估计值为正数对应的像素点为局部极值点。
[0036]
在一种可实现方式中，确定特征点对的方法，包括：
[0037]
根据每个所述特征点的邻域信息，生成与每个所述特征点对应的描述算子；
[0038]
分别计算所述待配准图像中每个特征点与所述基准图像中各特征点的欧氏距离，得到与所述待配准图像中每个特征点对应的欧氏距离集合，其中，每个所述欧氏距离集合中包括所述待配准图像中一个特征点与所述基准图像中各特征点的欧氏距离，所述欧氏距离满足如下第三关系式，所述第三关系式为：
[0039][0040]
其中，表示待配准图像中第i个特征点的描述算子中的第k个特征向量，表示基准图像中第j个特征点的描述算子中的第k个特征向量，n表示特征向量维度，n为大于零的正整数；
[0041]
计算每个所述欧氏距离集合中欧式距离最小值与次最小值的比值；
[0042]
如果所述比值小于预设比值阈值，则确定所述欧氏距离集合中所述待配准图像的特征点与所述基准图像中最小欧式距离的点相匹配为特征点对。
[0043]
在一种可实现方式中，通过计算所述待测试螺纹连接结构的内螺纹件或外螺纹件在基准图像或待配准图像中所呈几何轮廓的重心，确定所述待测试螺纹连接结构的旋转中心。
[0044]
在一种可实现方式中，所述根据所述旋转中心坐标以及所述特征点对，计算所述待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度，包括：
[0045]
随机抽取两组特征点对，计算所述基准图像与所述待配准图像之间的变换矩阵；
[0046]
通过所述变换矩阵，筛选有效特征点对；
[0047]
记录当前变换矩阵以及与当前所述变换矩阵对应的所述有效特征点对的数量；
[0048]
执行上述随机抽取两组特征点对，计算所述基准图像与所述待配准图像之间的变换矩阵的步骤及后续步骤至预设次数或者有效特征点对的数量达到预设值，统计最大有效特征点对的数量；
[0049]
选取当前具有最大有效特征点对数量的变换矩阵为最优变换矩阵；
[0050]
根据所述旋转中心坐标和最优变换矩阵，计算所述待测试螺纹连接结构在tb时刻相对于ta时刻的旋转松动角度。
[0051]
第二方面，本技术还提供一种螺纹连接旋转松动角度测量装置，包括图像采集装置、振动测试装置和处理器；
[0052]
所述振动测试装置包括支撑板、连接板、驱动机构和第一压力传感器；所述连接板放置于所述支撑板上，并通过待测试螺纹连接结构固定连接，所述驱动机构与所述连接板的一端连接，所述驱动机构用于向所述连接板周期性施加测试方向上的驱动力；所述第一压力传感器设置于所述待测试螺纹连接结构与所述支撑板或所述连接板之间，用于监测所述待测试螺纹连接结构的预紧力；
[0053]
所述振动测试装置，用于对待测试螺纹连接结构进行振动测试；
[0054]
所述图像采集装置，用于采集处于振动测试状态下的所述待测试螺纹连接结构的视频或图像序列；
[0055]
所述处理器，用于对所述采集的所述视频或图像序列进行图像处理。
[0056]
在一种可实现方式中，所述振动测试装置还包括第二压力传感器、位移传感器和控制器；
[0057]
所述第二压力传感器位于所述连接板与驱动机之间，所述第二压力传感器还与所述驱动机构通信连接；
[0058]
所述位移传感器与所述驱动机构通信连接，其中，所述位移传感器用于监测所述连接板的驱动位移；
[0059]
所述控制器与所述第一压力传感器、驱动机构、第二压力传感器、位移传感器和图像采集装置通信连接。
[0060]
在一种可实现方式中，所述处理器设置于所述控制器内。
[0061]
在一种可实现方式中，所述图像采集装置的拍摄方向与所述待测试螺纹连接结构的螺纹轴线平行，使所采集的视频或图像序列中包括所述待测试螺纹连接结构的内螺纹件的端面或者外螺纹件的头部的端面。
[0062]
第三方面，本技术还提供一种螺纹连接旋转松动角度测量系统，包括图像采集模块和图像处理模块，
[0063]
所述图像采集模块，用于采集处于振动测试状态下的待测试螺纹连接结构的视频或图像序列；
[0064]
所述图像处理模块，用于对所述视频或图像序列进行图像处理，获得所述待测试螺纹连接结构在任一时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。
[0065]
在一种可实现方式中，还包括获得模块和曲线生成模块。
[0066]
所述获得模块，用于获得所述待测试螺纹连接结构在多个不同时刻相对于基准时刻的旋转松动角度；
[0067]
所述曲线生成模块，用于根据所述待测试螺纹连接结构在多个不同时刻相对于基准时刻的旋转松动角度，生成所述待测试螺纹连接结构的旋转松动角度变化曲线。
[0068]
在一种可实现方式中，所述图像处理模块包括选定模块、获取模块、提取模块、匹配模块、第一计算模块和第二计算模块；
[0069]
所述选定模块，用于选定基准图像，所述基准图像为所述视频或图像序列中基准时刻对应的图像；
[0070]
所述获取模块，用于获取待配准图像，所述待配准图像为所述视频或图像序列中目标时刻对应的图像，其中，所述目标时刻与所述基准时刻为不同时刻；
[0071]
所述提取模块，用于分别提取所述基准图像和所述待配准图像中特征点；
[0072]
所述匹配模块，用于确定特征点对，每组所述特征点对包括第一特征点，以及与所述第一特征点匹配的第二特征点，其中，所述第一特征点为所述待配准图像中的特征点，所述第二特征点为所述基准图像中的特征点；
[0073]
所述第一计算模块，用于计算所述待测试螺纹连接结构的旋转中心坐标；
[0074]
所述第二计算模块，用于根据所述旋转中心坐标以及所述特征点对，计算所述待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。
[0075]
本技术提供的一种基于图像处理的螺纹连接旋转松动角度的测量方法、装置及系统，通过图像采集装置采集处于振动测试状态下的待测试螺纹连接结构的图像，然后利用图像处理方法，计算待测试螺纹连接结构在任意两个时刻的旋转松动角度。
附图说明
[0076]
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
[0077]
图1为本技术实施例提供的一种螺纹连接旋转松动角度的测量装置的结构示意图；
[0078]
图2为本技术实施例提供的一种螺纹连接旋转松动角度的测量方法的工作流程图；
[0079]
图3为本技术实施例提供的特征点的主方向的示意图；
[0080]
图4为本技术实施例提供的特征点四个方向的haar小波特征的示意图；
[0081]
图5为本技术实施例提供的一种旋转松动角度变化曲线的示意图；
[0082]
图6为本技术实施例提供的一种螺纹连接旋转松动角度的测量系统的结构框图。
[0083]
附图标记说明
[0084]
1-图像采集装置，2-振动测试装置，3-待测试螺纹连接结构；
[0085]
21-支撑板，22-连接板，23-驱动机构，24-第一压力传感器，25-第一温度传感器，26-第二压力传感器，27-位移传感器，28-第二温度传感器；
[0086]
31-外螺纹件，32-内螺纹件；
[0087]
211-凹槽，311-头部；
[0088]
100-图像采集模块，200-图像处理模块，300-获得模块，400-曲线生成模块；
[0089]
210-选定模块，220-获取模块，230-提取模块，240-匹配模块，250-第一计算模块，260-第二计算模块。
具体实施方式
[0090]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0091]
本技术实施例提供一种螺纹连接旋转松动角度的测量方法，该测量方法基于振动测试装置进行图像采集、图像处理实现，为便于对本技术实施例提供的螺纹连接旋转松动角度的测量方法的理解，首先，对螺纹连接旋转松动角度的测量装置进行说明。
[0092]
如图1所述，本技术实施例提供的一种螺纹连接旋转松动角度的测量装置，包括图像采集装置1和振动测试装置2。
[0093]
其中，振动测试装置2，用于对待测试螺纹连接结构3进行振动测试。图像采集装置1，用于采集处于振动测试状态下的待测试螺纹连接结构3的视频或图像序列，以及用于对
所述采集的所述视频或图像序列进行图像处理。
[0094]
下面对本技术实施例中的图像采集装置1的结构进行说明。
[0095]
本技术中的图像采集装置1可以是相机或其他图像采集器，另外，图像采集装置1还可以包括镜头、照明装置、固定装置等辅助装置中的一个或多个。
[0096]
本技术对图像采集装置1与振动测试装置2之间的位置关系不进行限定，只要能够拍摄到位于振动测试装置2上的待测试螺纹连接结构3即可。在一种优选方式中，图像采集装置1的拍摄方向与待测试螺纹连接结构3的螺纹轴线平行，使所采集的视频或图像序列中包括所述待测试螺纹连接结构的内螺纹件32的端面或者外螺纹件31的头部的端面。
[0097]
需要说明的是，为了能够准确测量出螺纹连接旋转松动角度，图像采集装置1要尽量避免受到振动测试装置的振动影响。例如，可以通过固定装置将图像采集装置1固定于地面之上预设高度，并距离振动测试装置一定距离对待测试螺纹连接结构3的图像进行采集。
[0098]
下面对本技术实施例中的振动测试装置2的结构进行说明。
[0099]
本技术对振动测试装置2的结构不进行限定，在一种可实现方式中，振动测试装置2，包括：支撑板21、连接板22、驱动机构23和第一压力传感器24。
[0100]
连接板22放置于支撑板21上，并通过待测试螺纹连接结构3固定连接。这样，在进行振动试验的测试时，支撑板21和连接板22用于模拟被压件，为待测试螺纹连接结构3提供连接基础，便于待测试螺纹连接结构3的安装，其中，支撑板21可以固定连接在一工作台上。驱动机构23与连接板22的一端连接，驱动机构23用于向连接板22周期性施加测试方向上的驱动力，进而模拟通过待测试螺纹连接结构3固定连接的被压件在长时间使用时的受力情况，其中，测试方向垂直于待测试螺纹连接结构3的螺旋线的延伸方向(即图1中的点划线i)。第一压力传感器24设置于待测试螺纹连接结构3与支撑板21或连接板22之间，用于监测待测试螺纹连接结构3的预紧力。
[0101]
这样，待测试螺纹连接结构3在安装过程中会对支撑板21和连接板22模拟的被压件产生挤压力(即预紧力)。第一压力传感器24由于设置于待测试螺纹连接结构3与支撑板21或连接板22之间，因此待测试螺纹连接结构3在对被压件进行挤压时，也会对第一压力传感器24进行挤压，使得第一压力传感器24通过监测受到的挤压力，即可监测待测试螺纹连接结构3在安装过程中的预紧力变化，也可监测待测试螺纹连接结构3安装结束时的预紧力状态(初始预紧力)，或者监测待测试螺纹连接结构3在测试过程中的预紧力变化。
[0102]
为防止测试时驱动力的幅值、频率和波形因时间因素而产生改变导致没有对比性的情况发生，可以直接对周期性的驱动力进行闭环控制。另外，驱动机构23在产生驱动力的时候也会产生驱动位移，即连接板22在驱动机构23的驱动力作用下产生的往复位移，所述驱动机构23也可以根据驱动位移进行周期性的驱动，模拟通过待测试螺纹连接结构3固定连接的被压件在长时间使用时的受力情况，因此，为防止测试时驱动位移的幅值、频率和波形因时间因素而产生改变导致没有对比性的情况发生，也可以对周期性的驱动位移进行闭环控制。需要说明的是，在测试时，对驱动力闭环控制或对驱动位移闭环控制应当二者取其一。
[0103]
需要说明的是，在本技术实施例中驱动力或驱动位移的波形优选正弦波或三角形波，可选的，采用其他的周期性波形作为驱动力或驱动位移的波形用于实现闭环控制也属于本技术的保护范围。测试方向优选垂直于待测试螺纹连接结构3的螺旋线的延伸方向的
方向，进而模拟待测试螺纹连接结构3受到的径向力，可选地，根据待测试螺纹连接结构3的使用场景不同，测试方向可进行相应更改，例如被压件主要受沿待测试螺纹连接结构3的螺旋线的延伸方向的振动力时，可选用待测试螺纹连接结构3的螺旋线的延伸方向作为测试方向。
[0104]
在一种可实现方式中，支撑板21在远离连接板22的一侧还可以设置有一凹槽211，第一压力传感器24设置于凹槽211中，且安装孔连通凹槽211。凹槽211的设置一方面有利于保证第一压力传感器24的定位和安装的准确性，同时有利于避免第一压力传感器24在待测试螺纹连接结构3传递的摩擦力和/或驱动力的作用下产生位移，进而保证整个测试装置的精度。
[0105]
在一种可实现方式中，振动测试装置2还可以包括控制器，该控制器与图像采集装置1、驱动机构23，以及第一压力传感器24通信连接。图像采集装置1拍摄的视频或图像序列可上传至控制器，进而控制器可以调用预设图像处理单元，对接收到的视频或图像序列进行图像处理，从而获得待测试螺纹连接结构3的旋转松动角度随测试时间累积的变化曲线，或者旋转松动角度随振动周期个数累积的变化曲线。另外，控制器还可发送驱动信号至驱动机构23，使得驱动机构23根据该驱动信号进行周期性驱动。所述驱动信号可以包含预设驱动频率和预设振动周期的信息，以及预设驱动力或预设驱动位移等信息。而且，第一压力传感器24获取的预紧力数据也可上传至控制器，进而控制器可根据接收到的预紧力数据，处理得到预紧力随测试时间累积的变化曲线，或者预紧力随振动周期个数累积的变化曲线。
[0106]
需要说明的是，上述的控制器可为单一控制模块，也可由多个控制模块组成，当由多个控制模块组成时，每个模块可设置在不同的结构中，例如，将发送驱动信号的控制模块设置于驱动机构23中。所述控制模块可以为实体结构，也可以为在具有运算能力的处理器中的软件程序。
[0107]
在一种可实现方式中，在连接板22与驱动机构23之间可以设置有第二压力传感器26，第二压力传感器26与驱动机构23或控制器通信连接。其中，第二压力传感器26可以与驱动机构23直接通信连接，使得驱动机构23在根据预设的驱动力进行驱动时，第二压力传感器26能检测驱动机构23输出的实际驱动力，并反馈至驱动机构23，使得驱动机构23能根据反馈的实际驱动力进行调节，形成闭环控制，进而保证驱动机构23实际输出的驱动力与预设的驱动力的误差较小，进而有利于保证测试的准确性；或者，第二压力传感器26也可以与控制器通信连接，此时第二压力传感器26检测到的数据先上传至控制器后，控制器通过改变驱动信号中所携带的信息或直接转发等形式反馈至驱动机构23，使驱动机构23根据反馈的信息进行闭环调节。
[0108]
在一种可实现方式中，连接板2上可以设置有位移传感器27，位移传感器27与驱动机构23或控制器通信连接。其中，位移传感器27可以与驱动机构23直接通信连接，使得驱动机构23在根据预设的驱动位移进行驱动时，位移传感器27能检测驱动机构23输出的实际驱动位移，并反馈至驱动机构23，使得驱动机构23能根据反馈的实际驱动位移进行调节，形成闭环控制，进而保证驱动机构23实际输出的驱动位移与预设的驱动位移的误差较小，进而有利于保证测试的准确性；或者，位移传感器7也可以与控制器通信连接，此时位移传感器7检测到的数据先上传至控制器后，控制器通过改变驱动信号中所携带的信息或直接转发等
形式反馈至驱动机构23，使驱动机构23根据反馈的信息进行闭环调节。
[0109]
在一种可实现方式中，在第一压力传感器24附近设置有第一温度传感器25，第一温度传感器25与控制器通信连接。这样，第一温度传感器25，可以用于检测第一压力传感器24的温度变化，也就是说，第一温度传感器25与第一压力传感器24之间的距离至少能够使第一温度传感器25检测第一压力传感器24的温度变化。这里需要说明的是，第一温度传感器25测得的温度数据可以用于对第一压力传感器24的示数进行温度补偿修正。第一温度传感器25与控制器通信连接，可将第一温度传感器25监测到的温度变化上传至该控制器，获得第一压力传感器24的温度变化情况，使得控制器可以对第一压力传感器24的示数进行调整(或温度补偿修正)。
[0110]
其中，第一温度传感器25也可设置在凹槽211内，且安装孔连通凹槽211，这样，一方面有利于保证第一压力传感器24和第一温度传感器25的定位和安装的准确性，同时有利于避免第一压力传感器24和第一温度传感器25在待测试螺纹连接结构3传递的摩擦力和/或驱动力的作用下产生位移，进而保证整个试验装置的精度。
[0111]
需要说明的是，第一温度传感器25可以设置于第一压力传感器24的内侧，即图1所示的方式；第一温度传感器25也可以设置于第一压力传感器24的外侧，或其它位置。第一温度传感器25的设置方案只要能够使之监测到第一压力传感器24的温度变化，即为合理的设置方案。
[0112]
在一种可实现方式中，振动测试装置2还可以包括第二温度传感器28，第二温度传感器28与控制器通信连接。第二温度传感器28可用于监测螺纹连接在振动过程中由于摩擦等原因导致的温度变化，或目标区域的温度变化。所述第二温度传感器28可以设置于连接板22内部且靠近螺纹副的位置，如图1所示。可选地，所述第二温度传感器28也可以设置为一个独立的测量模块，通过非接触的测量原理，如红外温度传感器等，实现对螺纹连接目标区域的温度监测。
[0113]
在一种实现方式中，振动测试装置2还可以包括滑动机构，滑动机构设置于支撑板21与连接板22之间。支撑板21和连接板22之间设置的滑动机构，能够减小支撑板21和连接板22之间的摩擦力，有利于驱动力完全用于驱动连接板22，进而有利于得到的准确的测试结果。其中，滑动机构可以包括：设置于支撑板21和连接板22中的一个上的导轨，以及设置于另一个上对应的导槽；或者，设置于支撑板21和连接板22中的一个上的导轨，以及设置于另一个上对应的滚轮；或者，设置于支撑板21和连接板22中的一个上的导槽，以及设置于另一个上对应的滚轮。
[0114]
需要说明的是，本技术实施例示例性给出了滑动机构的具体组成，当并不表示对滑动机构的限定，在此基础上，本领域的技术人员进行适应性修改后得到的滑动机构的形式也属于本发明的保护范围，例如，支撑板21和连接板22上相对应地各设置有导槽，在导槽内设置有滚珠。
[0115]
还需要说明的是，本技术对上述实施例中各技术特征的组合方式不进行限定，具体的，本技术中所述的振动测试装置为了实现附加的技术特征，还可以包括控制器、凹槽211、第二压力传感器26、位移传感器27、第一温度传感器25、第二温度传感器28以及滑动机构中的至少一个。例如，振动测试装置可以同时包括控制器、凹槽211、第二压力传感器26、位移传感器27、第一温度传感器25、第二温度传感器28以及滑动机构；又例如振动测试装置
可以同时包括控制器、第二压力传感器26和位移传感器27；再例如振动测试装置可以同时包括控制器、第二压力传感器26、位移传感器27和第一温度传感器25，本技术此处不进行一一列举，上述技术特征可以采用任意的组合方式，本技术对此不进行限定。
[0116]
下面对本技术实施例中的待测试螺纹连接结构3的结构进行说明。
[0117]
本技术实施例中的待测试螺纹连接结构3包括：相互匹配的内螺纹件32和外螺纹件31。
[0118]
其中，外螺纹件31包括：设置有受力结构的头部311和设置有外螺纹的螺纹部，支撑板21和连接板22上均设置有供外螺纹件31穿设的安装孔，外螺纹件31穿设支撑板21和连接板22时，第一压力传感器24设置于支撑板21与外螺纹件31的头部311或内螺纹件32之间。
[0119]
需要说明的是，外螺纹件31穿设支撑板21和连接板22时，有两种穿设方向，当其头部311处于支撑板21的外侧时，第一压力传感器24设置于支撑板21与外螺纹件31的头部311之间，即图1所示的方式；当其头部311处于连接板22的外侧时，第一压力传感器24设置于支撑板21与内螺纹件32之间。
[0120]
在本技术实施例中，待测试螺纹连接结构3包括相互匹配的内螺纹件32和外螺纹件31，在支撑板21和连接板22上设置有安装孔，这样，便于外螺纹件31的穿设减少安装难度，同时安装孔的孔径大于外螺纹件31，便于在同一套支撑板21和连接板22上对多种种类或规格的螺纹连接结构进行测试，有利于减少成本，并提高测试装置的通用性。
[0121]
由上述对振动测试装置的说明可知，连接板22会接受驱动机构23施加的驱动力，存在连接板22在驱动力的作用下产生位移的情况，因此将第一压力传感器24设置在支撑板21与外螺纹件31的头部311或内螺纹件32之间，有利于避免第一压力传感器24因产生位移导致检测的预紧力出现不必要的误差的情况，进而保证整个测试装置的精度。
[0122]
可选地，待测试螺纹连接结构3还可以包括至少一个垫片，垫片设置于内螺纹件32与连接板22之间、内螺纹件32与支撑板21之间、外螺纹件31的头部311与连接板22之间或外螺纹件31的头部311与支撑板21之间中的至少一个，用于模拟真实的螺纹连接环境，同时减小待测试螺纹连接结构3对支撑板21或连接板22的摩擦，保证支撑板21和连接板22的使用寿命，同理，在第一压力传感器24与外螺纹件31的头部311或内螺纹件32之间也可设置一个垫片。
[0123]
在驱动力或驱动位移的作用下，待测试螺纹连接结构3的预紧力通常会减小，同时待测试螺纹连接结构3会出现旋转松动。基于此，本技术在振动测试过程中，通过图像采集装置1采集包括待测试螺纹连接结构3的视频或者图像序列，然后基于采集的视频或者图像序列，分析计算出待测试螺纹连接结构3的旋转松动角度，从而判断待测试螺纹连接结构3的松动情况，其中，旋转松动角度是指待测试螺纹连接结构3中的内螺纹件32相对于外螺纹件31的旋转角度。
[0124]
下面对本技术提供的一种螺纹连接旋转松动角度的测量方法进行说明。
[0125]
如图2所示，本技术提供的一种螺纹连接旋转松动角度的测量方法，包括如下步骤：
[0126]
步骤100、通过图像采集装置1，采集处于振动测试状态下的所述待测试螺纹连接结构的视频或图像序列。
[0127]
步骤100中，在采用振动测试装置对待测试螺纹连接结构进行振动测试的过程中，
通过图像采集装置1采集待测试螺纹连接结构的视频或图像序列，其中，采集到的视频中每个时刻对应的图像中均包括待测试螺纹连接结构，或者，采集到的图像序列中每个图像中均包括待测试螺纹连接结构。
[0128]
本技术对图像采集的方式不进行限定，在一种优选方式中，通过图像采集装置1，沿着与所述待测试螺纹连接结构3的螺纹轴线平行方向对所述待测试螺纹连接结构3进行拍摄，使采集的视频或图像序列中包括所述待测试螺纹连接结构3的内螺纹件32的端面或者外螺纹件31的头部311的端面，这样以便于提取采集图像中的特征点。
[0129]
在获得待测试螺纹连接结构的视频或图像序列后，本技术通过对待测试螺纹连接结构的视频或图像序列进行图像处理，以获得待测试螺纹连接结构在任一时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。
[0130]
需要说明的是，本技术对通过图像处理获得待测试螺纹连接结构在任一时刻相对于基准时刻的旋转松动角度的方法不进行限定，下面以一种可实现方式进行示例性说明。
[0131]
对待测试螺纹连接结构的视频或图像序列进行图像处理，获得待测试螺纹连接结构在任一时刻相对于基准时刻的旋转松动角度的方法，包括以下步骤：
[0132]
步骤200、选定基准图像，所述基准图像为所述视频或图像序列中基准时刻对应的图像。
[0133]
本技术对基准图像的选定不进行限定，例如，可以从采集的是视频或图像序列中随机选择任一时刻对应的图像作为基准图像。也就是说，本技术中所述的基准时刻可以是振动测试过程中任一时刻。
[0134]
一般的，默认测试起始时刻(即零时刻)对应的图像为基准图像。
[0135]
步骤300、获取待配准图像，所述待配准图像为所述视频或图像序列中目标时刻对应的图像，其中，所述目标时刻与所述基准时刻为不同时刻。
[0136]
为了测量待配准图像中待测试螺纹连接结构相对于基准图像中待测试螺纹连接结构的旋转角度，一般的，目标时刻选定为基准时刻之后的时刻，例如，基准时刻为开始振动测试的时刻，目标时刻为开始振动测试后的第5分钟。
[0137]
步骤400、分别提取所述基准图像和所述待配准图像中特征点。
[0138]
本技术对特征点的提取方法不进行限定，在一种可实现方式中，可以根据hessian矩阵行列式，计算所述基准图像和所述待配准图像中局部极值点；如果所述局部极值点高于预设极值点阈值，则确定所述局部极值点对应的像素点为特征点。其中，提取出的特征点可以理解为比周围区域更亮或更暗的位置。
[0139]
下面对根据hessian矩阵行列式，提取特征点的方法进行展开说明。
[0140]
步骤410、分别获得所述基准图像和所述待配准图像的积分图像，其中，所述积分图像满足如下第一关系式，所述第一关系式为：
[0141][0142]
其中，i
∑
(x,y)表示积分图像，i(x,y)表示像素坐标(x,y)的灰度值。
[0143]
基准图像和待配准图像中各像素点的灰度值，可以通过对基准图像和待配准图像灰度处理获得。
[0144]
本技术中积分图像是指图像中每一个像素点和图像原点为对角顶点所形成的矩
形区域内的像素灰度值之和。
[0145]
步骤420、根据所述第一关系式和盒子滤波器，得到第二关系式，所述第二关系式为：
[0146][0147]
其中，所述基准图像和所述待配准图像中每个像素所在区域均为矩形区域，a、b、c和d为每一个像素所在矩形区域的四个顶点，其中，a最靠近原点，d最远离原点；wn和sn分别表示盒子滤波器的权重和面积。
[0148]
为了提高计算效率，本技术使用盒子滤波器替代二阶高斯滤波器进行滤波。使用盒子滤波器计算上述第二关系式。
[0149]
步骤430、根据所述第二关系式，计算二阶偏导数t
xx
、t
xy
和t
yy
，得到hessian矩阵行列式，所述hessian矩阵行列式为：
[0150][0151]
其中，计算t
xx
和t
yy
时，所述第二关系式中n＝3，计算t
xy
时，所述第二关式中n＝4。
[0152]
步骤440、根据所述hessian矩阵行列式，得到所述hessian矩阵行列式的估计公式，所述hessian矩阵行列式的估计公式为：
[0153]
det(h
approx
)＝t
xx
t
yy-(0.9t
xy
)2[0154]
由于使用了盒子滤波器近似二阶高斯滤波器，所以在t
xy
上乘了一个系数0.9，目的是平衡因使用盒子滤波器替代了二阶高斯滤波器进行滤波所带来的误差。
[0155]
步骤450、根据所述hessian矩阵行列式的估计公式，计算基准图像和待配准图像中每个像素点的hessian矩阵行列式的估计值det(h
approx
)，其中，hessian矩阵行列式的估计值为正数对应的像素点为局部极值点。
[0156]
步骤500、确定特征点对，每组所述特征点对包括第一特征点，以及与所述第一特征点匹配的第二特征点，其中，所述第一特征点为所述待配准图像中的特征点，所述第二特征点为所述基准图像中的特征点。
[0157]
首先需要说明的是，从基准图像中提取出的特征点一般包括多个，从待配准图像中提取出的特征点一般也包括多个，因此，需要进一步将基准图像中的每个特征点与待配准图像中的各特征点进行匹配。
[0158]
步骤500提供的特征点匹配的过程，即将从待配准图像中提取出的各特征点与从基准图像中提取出的各特征点逐一进行匹配，以确定待配准图像中提取出的各特征点分别与基准图像中提取出的哪个特征点相对应。其中，本技术将相匹配的两个特征点称为一组特征点对。
[0159]
本技术对确定特征点对的方法不进行限定，其可以通过多种方式实现，下面通过采用欧氏距离法来确定特征点对的方法进行说明。
[0160]
采用欧氏距离法来确定特征点对的方法，包括以下步骤：
[0161]
步骤510、根据每个所述特征点的邻域信息，生成与每个所述特征点对应的描述算子。
[0162]
在步骤400提取特征点后，可以根据特征点的邻域信息生成与该特征点对应描述
算子，该描述算子用于表示特征点的特征，进而基于该描述算子来判断两张图像中的两个特征点是否为同一对特征点，即匹配特征点对。
[0163]
其中，根据特征点的邻域信息生成与该特征点对应描述算子的步骤如下：首先，如图3所示，以特征点为中心，在一定半径范围内，统计60
°
的扇形区域内的haar小波响应总和，并给这些响应值按照离特征点的远近赋予不同程度的权重，在计算预设次数后，将最大值那个扇形的中间方向作为该特征点的主方向。
[0164]
然后，如图4所示，以特征点为中心，在周围取一个4
×
4的矩形区域块，每个子区域包含25个像素。统计每个子区域内25个像素的haar小波响应，包括水平方向haar小波响应值之和∑dx、垂直方向haar小波响应值之和∑dy、水平方向haar小波响应绝对值之和∑|dx|以及垂直方向haar小波响应绝对值之和∑|dy|，这里的水平和垂直方向都是相对于特征点的主方向而言的。组成特征向量作为特征点描述算子。
[0165]
步骤520、分别计算所述待配准图像中每个特征点与所述基准图像中各特征点的欧氏距离，得到与所述待配准图像中每个特征点对应的欧氏距离集合，其中，每个所述欧氏距离集合中包括所述待配准图像中一个特征点与所述基准图像中各特征点的欧氏距离，所述欧氏距离满足如下第三关系式，所述第三关系式为：
[0166][0167]
其中，表示待配准图像中第i个特征点的描述算子中的第k个特征向量，表示基准图像中第j个特征点的描述算子中的第k个特征向量，n表示特征向量维度，n为大于零的正整数。
[0168]
步骤530、计算每个所述欧氏距离集合中欧式距离最小值与次最小值的比值。
[0169]
步骤540、如果所述比值小于预设比值阈值，则确定所述欧氏距离集合中所述待配准图像的特征点与所述基准图像中最小欧式距离的点相匹配为特征点对。在该过程中可以去掉一些不能匹配的杂点。
[0170]
通过上述方法，逐个将待配准图像上的每个特征点与基准图像上的各个特征点进行匹配后，得到所有的匹配的特征点对。这样，每组特征点对都包括第一特征点，以及与所述第一特征点匹配的第二特征点，其中，第一特征点是指待配准图像中的特征点，第二特征点是指基准图像中的特征点。
[0171]
步骤600、计算待测试螺纹连接结构3的旋转中心坐标。
[0172]
为了确定待配准图像中待测试螺纹连接结构3相对于基准图像中待测试螺纹连接结构3的旋转角度，还需要确定图像中待测试螺纹连接结构3的旋转中心的位置。需要说明的是，待配准图像和基准图像中待测试螺纹连接结构3的旋转中心坐标应该是相同的，因此，步骤600可以利用待配准图像计算待测试螺纹连接结构3的旋转中心坐标，也可以利用基准图像计算待测试螺纹连接结构3的旋转中心坐标。
[0173]
本技术对计算待测试螺纹连接结构3的旋转中心坐标的方法不进行限定，在一种可实现方式中，通过计算内螺纹件或外螺纹件在图像中所呈几何轮廓的重心来确定待测试螺纹连接结构3的旋转中心坐标。以所拍摄到的内螺纹件为六角螺母为例，其图像经过二值
化处理后，可以找出一个最大的六边形连通区域，该六边形对应六角螺母，然后通过下述算法流程可以获得六角螺母的重心，即为待测试螺纹连接结构3的旋转中心坐标：
[0174]
首先，选取六边形一个顶点，把该顶点与三个非相邻的顶点相连构成三个线段，从而把原六边形分割为四个三角形。
[0175]
然后，按照如下第四关系式和第五关系式计算六角螺母的重心，
[0176]
其中，第四关系式为：
[0177][0178]
第五关系式为：
[0179][0180]
上述关系式中，c
x
表示待测试螺纹连接结构3的旋转中心的横坐标，cy表示待测试螺纹连接结构3的旋转中心的纵坐标，c
xi
为分割后的三角形的重心的横坐标，c
yi
为分割后的三角形的重心的纵坐标，si为分割后的三角形的面积，其中，i＝1,2,3,4。
[0181]
步骤700、根据所述旋转中心坐标以及所述特征点对，计算所述待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。
[0182]
本技术通过旋转中心坐标以及所述特征点对，求解变换矩阵的方法，计算待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度，具体可以包括如下步骤：
[0183]
步骤710、随机抽取两组特征点对，计算所述基准图像与所述待配准图像之间的变换矩阵。
[0184]
从步骤500确定的特征点对中，随机抽取两组特征点对，带入如下第六关系式：
[0185][0186]
其中，为变换矩阵，(x,y)表示基准图像的一个特征点坐标，(x',y')表示待配准图像上与(x,y)相匹配的特征点坐标。
[0187]
分别将随机抽取两组特征点对坐标带入上述第六关系式后，得到的方程组中共包含4个方程和4个未知量，从而可以求解出变换矩阵。
[0188]
步骤720、通过所述变换矩阵，筛选有效特征点对。
[0189]
将上述第六关系式中的变换矩阵替换为步骤710计算得到的变换矩阵结果，然后，将剩余的所有特征点对一一带入上述第六关系式，如果满足第六关系式成立或计算误差在允许范围内，则将对应的特征点对视为有效特征点对。
[0190]
步骤730、记录当前变换矩阵以及与当前所述变换矩阵对应的所述有效特征点对的数量。
[0191]
步骤740、执行上述随机抽取两组特征点对，计算所述基准图像与所述待配准图像之间的变换矩阵的步骤及后续步骤至预设次数或者有效特征点对的数量达到预设值，统计最大有效特征点对的数量。
[0192]
本技术反复执行上述步骤710至步骤730，直至满足预设条件停止执行。其中，预设
条件可以是执行次数满足预设次数或者有效特征点数达到预设值。
[0193]
例如，预设条件为：如果执行次数满足100次，则停止执行上述步骤710至步骤730。对应的，执行100次是指经过100次步骤710至步骤730的计算，这样，可以得到100个变换矩阵，以及与每个变换矩阵对应的有效特征点数量，进而可以从100个计算结果中统计出哪次计算得到的有效特征点对的数量最多，以及与该数量最多的有效特征点对对应的变换矩阵。
[0194]
又例如，预设条件为：如果有效特征点数达到10个，则停止执行上述步骤710至步骤730。对应的，经过n次计算，得到的有效特征点对的数量为12个，则停止上述步骤710至步骤730，并记录第n次计算所采用变换矩阵，以及与该变换矩阵对应的有效特征点对的数量。其中，n为大于等于1的正整数。
[0195]
步骤750、选取当前具有最大有效特征点对数量的变换矩阵为最优变换矩阵。
[0196]
本技术以具有最大有效特征点对数量的变换矩阵作为最优变换矩阵。
[0197]
步骤760、根据所述旋转中心坐标和最优变换矩阵，计算所述待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。
[0198]
将最优变换矩阵带入即可得到待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度θ，其中，角度θ的顶点即为上述步骤600计算得到的旋转中心坐标。
[0199]
需要说明的是，上述实施例仅以测量两个不同时刻待测试螺纹连接结构的旋转松动角度进行示例说明，实际应用中，可以反复执行上述步骤，这样可以测量得到振动测试过程中多个不同目标时刻的待配准图像相对于基准图像的旋转松动角度，从而可以根据待测试螺纹连接结构在多个不同目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度，生成待测试螺纹连接结构的旋转松动角度变化曲线，以便于技术人员更直观的了解旋转松动角度的变化情况。
[0200]
还需要说明的是，多个不同目标时刻可以均为基准时刻之后的时刻，这样生成的旋转松动角度变化曲线中的起始点为基准时刻对应的数据结果，而旋转松动角度变化曲线中起点之后的点对应于不同目标时刻的数据结果。
[0201]
还需要说明的是，如图5所示，获得的待测试螺纹连接结构的旋转松动角度变化曲线中，纵坐标表示旋转松动角度，横坐标可以表示累积振动周期个数或者累计测试时间或者其他形式，本技术对此不进行限定。具体的，可以根据技术人员进行振动试验时所采取的处理方式的不同，而根据不同的自变量来确定旋转松动角度跟随自变量进行变化时的旋转松动角度变化曲线，例如：当自变量为时间时，得到的旋转松动角度变化曲线即为旋转松动角度与累积测试时间的关系曲线，用于表示旋转松动角度随测试时间累积而变化的过程；当自变量为振动周期时，得到的旋转松动角度变化曲线即为旋转松动角度与累积振动周期个数的关系曲线，用于表示预紧力随振动周期个数累积而变化的过程。
[0202]
综上，本技术通过获取螺纹连接结构在预设条件下(包括初始预紧力、驱动力或驱动位移)进行测试时的旋转松动角度变化情况及预紧力变化情况，可以实现对螺纹连接结构的防松性能的测量和评价，进而使得用户在选择螺纹连接结构时，根据量化后的数值选择合适的螺纹连接结构，或评价当前选择的螺纹连接结构是否为合适的组合，同时，也可便
于用户对两种种类或规格不同的螺纹连接结构进行防松性能的对比。
[0203]
需要说明的是，本技术实施例中对采集的视频或图像序列进行图像处理的步骤可以通过处理器实现，其中，处理器可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等，用于执行本技术实施例中所述方法的全部或部分步骤。
[0204]
还需要说明的是，如果本技术提供的振动测试装置中包括控制器，则处理器可以设置在控制器内，那么该控制器也可以用于实现处理器的功能。还需要说明的是，本技术对处理器与图像采集装置的连接方式不进行限定，例如处理器与图像采集装置可以直接或间接通信连接。
[0205]
基于上述实施例提供的螺纹连接旋转松动角度的测量方法，如图6所示，本技术还提供一种螺纹连接旋转松动角度的测量系统，该测量系统包括图像采集模块100和图像处理模块200。
[0206]
其中，图像采集模块100可以由图像采集装置实现，用于采集处于振动测试状态下的待测试螺纹连接结构的视频或图像序列；
[0207]
图像处理模块200，用于对所述视频或图像序列进行图像处理，获得所述待测试螺纹连接结构在任一时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。
[0208]
进一步的，测量系统还包括获得模块300和曲线生成模块400。
[0209]
其中，获得模块300，用于获得所述待测试螺纹连接结构在多个不同时刻相对于基准时刻的旋转松动角度；
[0210]
曲线生成模块400，用于根据所述待测试螺纹连接结构在多个不同时刻相对于基准时刻的旋转松动角度，生成所述待测试螺纹连接结构的旋转松动角度变化曲线。
[0211]
进一步的，图像处理模块200包括选定模块210、获取模块220、提取模块230、匹配模块240、第一计算模块250和第二计算模块260。
[0212]
其中，选定模块210，用于选定基准图像，所述基准图像为所述视频或图像序列中基准时刻对应的图像；一般系统中默认测试起始时刻(即零时刻)对应的图像为基准图像，因此，在系统实际执行过程中，不需要人为选定基准图像。
[0213]
获取模块220，用于获取待配准图像，所述待配准图像为所述视频或图像序列中目标时刻对应的图像，其中，所述目标时刻与所述基准时刻为不同时刻。
[0214]
提取模块230，用于分别提取所述基准图像和所述待配准图像中特征点。
[0215]
匹配模块240，用于确定特征点对，每组所述特征点对包括第一特征点，以及与所述第一特征点匹配的第二特征点，其中，所述第一特征点为所述待配准图像中的特征点，所述第二特征点为所述基准图像中的特征点。
[0216]
第一计算模块250，用于计算所述待测试螺纹连接结构的旋转中心坐标。
[0217]
第二计算模块260，用于根据所述旋转中心坐标以及所述特征点对，计算所述待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。
[0218]
需要说明的是，本技术实施例提供的螺纹连接旋转松动角度的测量系统可以直接设置于图像采集装置中，或者，单独设立。如果螺纹连接旋转松动角度的测量系统为独立设置的系统，则可以响应需要，调用该系统计算所述待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。
[0219]
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于装置和系
统的实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
[0220]
以上结合具体实施方式和范例性实例对本技术进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本技术的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本技术精神和范围的情况下，可以对本技术技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本技术的范围内。本技术的保护范围以所附权利要求为准。
[0221]
具体实现中，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其中，该计算机可读存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本技术提供的螺纹连接旋转松动角度的测量方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
[0222]
本领域的技术人员可以清楚地了解到本技术实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本技术实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0223]
以上所述的本技术实施方式并不构成对本技术保护范围的限定。

技术特征：
1.一种螺纹连接旋转松动角度的测量方法，其特征在于，包括图像采集装置和振动测试装置，所述振动测试装置包括支撑板、连接板、驱动机构和第一压力传感器；所述连接板放置于所述支撑板上，并通过待测试螺纹连接结构固定连接，所述驱动机构与所述连接板的一端连接，所述驱动机构用于向所述连接板周期性施加测试方向上的驱动力；所述第一压力传感器设置于所述待测试螺纹连接结构与所述支撑板或所述连接板之间，用于监测所述待测试螺纹连接结构的预紧力；通过所述振动测试装置对所述待测试螺纹连接结构进行振动测试；通过所述图像采集装置，采集处于振动测试状态下的所述待测试螺纹连接结构的视频或图像序列；对所述视频或图像序列进行图像处理，获得所述待测试螺纹连接结构在任一时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，通过所述图像采集装置，沿着与所述待测试螺纹连接结构的螺纹轴线平行方向对所述待测试螺纹连接结构进行拍摄，使采集的视频或图像序列中包括所述待测试螺纹连接结构的内螺纹件的端面或者外螺纹件的头部的端面。3.根据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：获得所述待测试螺纹连接结构在多个不同时刻相对于基准时刻的旋转松动角度；根据所述待测试螺纹连接结构在多个不同时刻相对于基准时刻的旋转松动角度，生成所述待测试螺纹连接结构的旋转松动角度变化曲线。4.根据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于，对所述视频或图像序列进行图像处理，获得所述待测试螺纹连接结构在任一时刻相对于基准时刻的旋转松动角度，包括：选定基准图像，所述基准图像为所述视频或图像序列中基准时刻对应的图像；获取待配准图像，所述待配准图像为所述视频或图像序列中目标时刻对应的图像，其中，所述目标时刻与所述基准时刻为不同时刻；分别提取所述基准图像和所述待配准图像中特征点；确定特征点对，每组所述特征点对包括第一特征点，以及与所述第一特征点匹配的第二特征点，其中，所述第一特征点为所述待配准图像中的特征点，所述第二特征点为所述基准图像中的特征点；计算所述待测试螺纹连接结构的旋转中心坐标；根据所述旋转中心坐标以及所述特征点对，计算所述待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述基准图像和所述待配准图像中特征点均位于所述待测试螺纹连接结构的内螺纹件的端面或者外螺纹件的头部的端面上。6.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述分别提取所述基准图像和所述待配准图像中特征点，包括：根据hessian矩阵行列式，计算所述基准图像和所述待配准图像中局部极值点；如果所述局部极值点高于预设极值点阈值，则确定所述局部极值点对应的像素点为特征点。7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述hessian矩阵行列式，计
算所述基准图像和所述待配准图像中局部极值点，包括：分别获得所述基准图像和所述待配准图像的积分图像，其中，所述积分图像满足如下第一关系式，所述第一关系式为：其中，i
∑
(x，y)表示积分图像，i(x，y)表示像素坐标(x，y)的灰度值；根据所述第一关系式和盒子滤波器，得到第二关系式，所述第二关系式为：其中，所述基准图像和所述待配准图像中每个像素所在区域均为矩形区域，a、b、c和d为每一个像素所在矩形区域的四个顶点，其中，a最靠近原点，d最远离原点；w
n
和s
n
分别表示所述盒子滤波器的权重和面积；根据所述第二关系式，计算二阶偏导数t
xx
、t
xy
和t
yy
，得到hessian矩阵行列式，所述hessian矩阵行列式为：其中，计算t
xx
和t
yy
时，所述第二关系式中n＝3，计算t
xy
时，所述第二关式中n＝4；根据所述hessian矩阵行列式，得到所述hessian矩阵行列式的估计公式，所述hessian矩阵行列式的估计公式为：det(h
approx
)＝t
xx
t
yy-(0.9t
xy
)2根据所述hessian矩阵行列式的估计公式，计算所述基准图像和所述待配准图像中每个象素点的hessian矩阵行列式的估计值det(h
approx
)，其中，hessian矩阵行列式的估计值为正数对应的像素点为局部极值点。8.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，确定特征点对的方法，包括：根据每个所述特征点的邻域信息，生成与每个所述特征点对应的描述算子；分别计算所述待配准图像中每个特征点与所述基准图像中各特征点的欧氏距离，得到与所述待配准图像中每个特征点对应的欧氏距离集合，其中，每个所述欧氏距离集合中包括所述待配准图像中一个特征点与所述基准图像中各特征点的欧氏距离，所述欧氏距离满足如下第三关系式，所述第三关系式为：其中，表示待配准图像中第i个特征点的描述算子中的第k个特征向量，表示基准图像中第j个特征点的描述算子中的第k个特征向量，n表示特征向量维度，n为大于零的正整数；计算每个所述欧氏距离集合中欧式距离最小值与次最小值的比值；如果所述比值小于预设比值阈值，则确定所述欧氏距离集合中所述待配准图像的特征点与所述基准图像中最小欧式距离的点相匹配为特征点对。9.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，通过计算所述待测试螺纹连接结构的
内螺纹件或外螺纹件在基准图像或待配准图像中所呈几何轮廓的重心，确定所述待测试螺纹连接结构的旋转中心。10.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述旋转中心坐标以及所述特征点对，计算所述待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度，包括：随机抽取两组特征点对，计算所述基准图像与所述待配准图像之间的变换矩阵；通过所述变换矩阵，筛选有效特征点对；记录当前变换矩阵以及与当前所述变换矩阵对应的所述有效特征点对的数量；执行上述随机抽取两组特征点对，计算所述基准图像与所述待配准图像之间的变换矩阵的步骤及后续步骤至预设次数或者有效特征点对的数量达到预设值，统计最大有效特征点对的数量；选取当前具有最大有效特征点对数量的变换矩阵为最优变换矩阵；根据所述旋转中心坐标和最优变换矩阵，计算所述待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。11.一种螺纹连接旋转松动角度测量装置，其特征在于，包括图像采集装置、振动测试装置和处理器；所述振动测试装置包括支撑板、连接板、驱动机构和第一压力传感器；所述连接板放置于所述支撑板上，并通过待测试螺纹连接结构固定连接，所述驱动机构与所述连接板的一端连接，所述驱动机构用于向所述连接板周期性施加测试方向上的驱动力；所述第一压力传感器设置于所述待测试螺纹连接结构与所述支撑板或所述连接板之间，用于监测所述待测试螺纹连接结构的预紧力；所述振动测试装置，用于对待测试螺纹连接结构进行振动测试；所述图像采集装置，用于采集处于振动测试状态下的所述待测试螺纹连接结构的视频或图像序列；所述处理器，用于对所述采集的所述视频或图像序列进行图像处理。12.根据权利要求11所述的测量装置，其特征在于，所述振动测试装置还包括第二压力传感器、位移传感器和控制器；所述第二压力传感器位于所述连接板与所述驱动机构之间，所述第二压力传感器还与所述驱动机构通信连接；所述位移传感器与所述驱动机构通信连接，其中，所述位移传感器用于监测所述连接板的驱动位移；所述控制器与所述第一压力传感器、驱动机构、第二压力传感器、位移传感器和图像采集装置通信连接。13.根据权利要求12所述的测量装置，其特征在于，所述处理器设置于所述控制器内。14.根据权利要求11所述的测量装置，其特征在于，所述图像采集装置的拍摄方向与所述待测试螺纹连接结构的螺纹轴线平行，使所采集的视频或图像序列中包括所述待测试螺纹连接结构的内螺纹件的端面或者外螺纹件的头部的端面。15.一种螺纹连接旋转松动角度测量系统，其特征在于，包括图像采集模块和图像处理模块，
所述图像采集模块，用于采集处于振动测试状态下的待测试螺纹连接结构的视频或图像序列；所述图像处理模块，用于对所述视频或图像序列进行图像处理，获得所述待测试螺纹连接结构在任一时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。16.根据权利要求15所述的测量系统，其特征在于，还包括获得模块和曲线生成模块，所述获得模块，用于获得所述待测试螺纹连接结构在多个不同时刻相对于基准时刻的旋转松动角度；所述曲线生成模块，用于根据所述待测试螺纹连接结构在多个不同时刻相对于基准时刻的旋转松动角度，生成所述待测试螺纹连接结构的旋转松动角度变化曲线。17.根据权利要求15所述的测量系统，其特征在于，所述图像处理模块包括选定模块、获取模块、提取模块、匹配模块、第一计算模块和第二计算模块；所述选定模块，用于选定基准图像，所述基准图像为所述视频或图像序列中基准时刻对应的图像；所述获取模块，用于获取待配准图像，所述待配准图像为所述视频或图像序列中目标时刻对应的图像，其中，所述目标时刻与所述基准时刻为不同时刻；所述提取模块，用于分别提取所述基准图像和所述待配准图像中特征点；所述匹配模块，用于确定特征点对，每组所述特征点对包括第一特征点，以及与所述第一特征点匹配的第二特征点，其中，所述第一特征点为所述待配准图像中的特征点，所述第二特征点为所述基准图像中的特征点；所述第一计算模块，用于计算所述待测试螺纹连接结构的旋转中心坐标；所述第二计算模块，用于根据所述旋转中心坐标以及所述特征点对，计算所述待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。

技术总结
本申请公开一种螺纹连接旋转松动角度的测量方法、装置及系统，包括图像采集装置和振动测试装置，通过振动测试装置对待测试螺纹连接结构进行振动测试；通过图像采集装置，采集处于振动测试状态下的待测试螺纹连接结构的视频或图像序列；选定基准图像，获取待配准图像；分别提取基准图像和待配准图像中特征点；确定特征点对；计算待测试螺纹连接结构的旋转中心坐标；根据旋转中心坐标以及特征点对，计算待测试螺纹连接结构在目标时刻相对于基准时刻的旋转松动角度。本申请通过图像采集装置采集处于振动测试状态下的待测试螺纹连接结构的图像，然后利用图像处理方法，计算待测试螺纹连接结构在任意两个时刻的旋转松动角度。螺纹连接结构在任意两个时刻的旋转松动角度。螺纹连接结构在任意两个时刻的旋转松动角度。


技术研发人员：丁晓宇 张天龙
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8