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视觉测量关键技术及在自动检测中的应用

孙双花  
【摘要】: 随着计算机视觉技术和光电技术的飞速发展,视觉测量技术得到了迅速发展和广泛应用,其作为一种非接触测量手段已经越来越引起人们的重视。 本文深入研究了基于计算机视觉测量技术的系统方案、软硬件设计,对视觉检测的图像获取、图像处理、亚像素定位技术及系统标定、调焦的关键技术进行了深入分析,并实现了视觉测量在喷油器底座工件自动检测系统中的应用。 喷油器底座是汽车油路中的重要部件,由金属精密冲压、内圆磨削而成。该类零件主要用于与柱形零件进行精密配合焊接装配,为保证装配精度,需要对零件的内尺寸进行精密测量。喷油器底座呈碗形,内壁表面是强反射表面,碗口处与圆倒角相连,底部与碗底的曲面连接。采用视觉测量的方法,以内壁口处边缘的投影作为被测边缘,建立了工件视觉自动检测系统,提高了工件测量的精度和速度。 本文研究的主要内容有: 1.基于视觉测量技术建立了喷油器底座内尺寸自动检测系统,完成了视觉系统、软件系统和控制执行系统的软硬件设计。强反射表面的检测是视觉检测的难题,通过对工件反射性能的分析,设计了发光强度连续可调的均匀散射LED背光光源,使得被测边缘在图像中真实体现出来,实现了工件强反射内表面的视觉检测,提高了测量精度。设计了工件的自动上料、自动定位及自动分选机构,真正实现了工件的全自动化测量,提高了检测效率。 2.对视觉测量系统的图像处理算法进行了研究。研究了视觉测量系统中图像预处理、阈值分割的算法;对常用边缘检测算法进行分析,根据本系统测量图像边缘简单、对比度高的特点,提出了基于阈值分割及链码跟踪的边缘检测算法;分析了二次曲线拟合法、多项式拟合法、空间矩、灰度矩等亚像素算法,并进行了实验研究。 3.对视觉测量系统的标定技术进行了研究。分析了二维视觉测量系统的摄像机成像的数学模型;设计了精密平面网格靶标,提出了基于灰度统计分布的图像分割方法进行特征点提取;提出基于图像的测量平面与光轴垂直度的快速调整方法;对该测量系统用实验分析了现有的标定方法,并提出分区线性标定方法,将测量图像分成多个小区域,对每个区域分别进行线性标定,减小了标定误差。 4.对视觉测量系统的调焦技术进行实验研究。对常用的调焦评价函数进行了对比性实验,分析了调焦区域、边缘点数及光源强度对调焦函数的影响。用实验分析了调焦精度对标定结果的影响。提出了一种基于特征边缘跟踪的调焦评价方法,解决了被测工件图像中边缘在高度上不共面时普通调焦函数无法进行正确调焦定位的问题,提高了工件的调焦精度。 5.分析了曲线拟合特征参数的计算方法。对工件测量系统进行了实验研究和误差分析。


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