本文關(guān)鍵詞：基于機(jī)器視覺的孔組直徑測量技術(shù)研究　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：基于機(jī)器視覺的零部件非接觸式尺寸檢測以其檢測的速度快,精度高,適用性強(qiáng)的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)中。在制造業(yè)中,圓孔是機(jī)械加工零件上普遍存在的重要特征,其尺寸加工精度直接影響著孔軸的配合質(zhì)量,進(jìn)而對系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能和安全性能產(chǎn)生重要影響。本文以機(jī)器視覺為基礎(chǔ),提出了一套以法蘭盤為代表的孔組類零件內(nèi)徑尺寸的測量方案。論文的研究內(nèi)容主要涉及以下幾個方面:邊緣檢測是圖像處理和機(jī)器視覺測量中最基本的步驟之一。在本文中,通過Canny算子對邊緣進(jìn)行粗定位,得到圓孔的像素級邊緣。再結(jié)合以像素點(diǎn)為中心的3?3窗口內(nèi)其他像素點(diǎn)的灰度信息,計(jì)算出邊緣點(diǎn)的亞像素坐標(biāo)。本文采用改進(jìn)的多項(xiàng)式插值算法來進(jìn)行圓孔邊緣點(diǎn)的亞像素定位,與傳統(tǒng)多項(xiàng)式插值算法相比,改進(jìn)的算法增加了兩個方向模板,在邊緣點(diǎn)的灰度梯度方向上進(jìn)行多項(xiàng)式插值計(jì)算,提高了圓孔邊緣的亞像素定位精度。本文對Hough變換法、形心法、灰度重心法以及最小二乘擬合的圓心檢測算法進(jìn)行了分析,提出運(yùn)用計(jì)算效率更高的弦端點(diǎn)法來進(jìn)行圓心坐標(biāo)的檢測和圓孔直徑的計(jì)算。對弦端點(diǎn)法的原理進(jìn)行了分析,并說明了弦端點(diǎn)法中大誤差數(shù)據(jù)點(diǎn)的來源及剔除方法。考慮到相機(jī)成像面和待測平面存在夾角,使圓孔圖像的采集因透視投影畸變產(chǎn)生誤差,本文將檢測到的圓孔邊緣點(diǎn)的亞像素坐標(biāo)投影到世界坐標(biāo)系中,在法蘭盤平面進(jìn)行圓心坐標(biāo)和圓孔直徑的計(jì)算。通過以上分析,建立基于機(jī)器視覺的孔組直徑測量模型,將世界坐標(biāo)系建立在標(biāo)定板平面上,根據(jù)在標(biāo)定面平面標(biāo)定得出的參數(shù),建立世界坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系間的位置關(guān)系,進(jìn)而推導(dǎo)出待測面的平面方程。將求出的邊緣點(diǎn)的攝像機(jī)坐標(biāo),轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系中,令圓孔直徑的計(jì)算問題簡化為在待測平面進(jìn)行的二維問題�；趯σ陨蟽�(nèi)容的研究,搭建孔組直徑的測量實(shí)驗(yàn)平臺。對提出的測量方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。將本文測量方案的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與法蘭盤各孔直徑的千分尺測量值進(jìn)行對比。在正反標(biāo)靶的對比實(shí)驗(yàn)中,反面標(biāo)靶的測量精度更高,其測量的平均誤差低于正面標(biāo)靶測量的平均誤差0.095mm。弦端點(diǎn)法和擬合法的對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,弦端點(diǎn)法的檢測精度更高,孔徑檢測的平均誤差為0.055mm。本文在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,進(jìn)行了基于機(jī)器視覺的孔組直徑測量研究,對于非接觸式測量和機(jī)器視覺技術(shù)在工程中的應(yīng)用具有一定的探究意義。
[Abstract]:Non-contact dimension detection of parts based on machine vision is widely used in industrial automation because of its high speed, high accuracy and strong applicability. Circular hole is an important feature of machining parts, and its dimension machining accuracy directly affects the quality of the matching of the hole shaft. This paper is based on machine vision. This paper puts forward a set of measuring scheme of inner diameter of hole-group parts represented by flange. The research contents of this paper mainly involve the following aspects:. Edge detection is one of the most basic steps in image processing and machine vision measurement. The pixel edge of the circular hole is obtained by rough location of the edge through the Canny operator, and the pixel center is combined with 3? 3The gray level information of other pixel points in the window, and the sub-pixel coordinates of the edge points are calculated. In this paper, the improved polynomial interpolation algorithm is used to locate the sub-pixel of the circular hole edge points, which is compared with the traditional polynomial interpolation algorithm. The improved algorithm adds two direction templates, carries on the polynomial interpolation computation in the edge point grayscale gradient direction, improves the circle hole edge sub-pixel localization accuracy. This paper deals with the Hough transform method, the centroid method. The gray center of gravity method and the least square fitting centroid detection algorithm are analyzed. The chord endpoint method with higher computational efficiency is proposed to detect the center coordinates and calculate the diameter of the circular hole. The principle of the chord end point method is analyzed. The source of the large error data points in the chord endpoint method and the method of eliminating the large error data points are explained. Considering the angle between the camera imaging plane and the plane to be measured, the acquisition of the circular hole image is caused by the perspective projection distortion. In this paper, the subpixel coordinates of the detected edge point of the circular hole are projected into the world coordinate system, and the center coordinates and the diameter of the circular hole are calculated in the flange plane. The measurement model of hole group diameter based on machine vision is established. The world coordinate system is built on the plane of calibration board and the parameters are calibrated in the plane of calibration plane. The position relation between the world coordinate system and the camera coordinate system is established, and the plane equation of the measured plane is deduced. The camera coordinate of the edge point is converted to the world coordinate system. The calculation of the diameter of a circular hole is simplified to a two-dimensional problem in the plane to be measured. Set up an experimental platform for measuring hole group diameters. Test verification of the proposed measurement scheme. Compare the experimental results of the present measurement scheme with the micrometer measurements of the diameter of the flange holes. Test. The measurement accuracy of the reverse target is higher than that of the front target. The experimental results show that the average error of the reverse target is lower than that of the front target. The comparison between the chord end method and the fitting method shows that the accuracy of the method is lower than that of the front target. The accuracy of the chord endpoint method is higher, the average error of aperture detection is 0.055 mm. in this paper, the diameter measurement of hole group based on machine vision is studied in laboratory environment. It has certain exploration significance for the application of non-contact measurement and machine vision technology in engineering.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG81;TP391.41

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本文編號：1420081