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轴类零件形状误差的图像测量

作　者: 张云辉
导　师: 谭庆昌
学　校: 吉林大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: CCD摄像机数字图像处理轴类零件边缘检测形状误差非接触测量
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 276次
引　用: 1次
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内容摘要

本文以计算机视觉技术及数字图像处理理论为基础，尝试了一种新的基于数字图像处理的轴类零件圆度、圆柱度和直线度形状误差的测量方法，设计并构建了一个针对轴类零件形状误差的非接触测量系统，并对轴的圆度、圆柱度及直线度进行了实际测量。本文设计的测量系统包括数字图像采集系统、数字图像处理系统和输出系统三部分。首先利用工业用CCD相机拍摄被测轴类零件的图像，在对测量系统进行标定的基础之上，利用边缘检测技术及亚像素边缘定位技术对图像中零件的边缘进行提取、编程对边缘信息进行处理，获得相应的测量数据。本文分别针对圆度、圆柱度、直线度误差的测量建立了相应的数学模型、给出了评定算法，并剔除了安装偏心量以及由于轴的弯曲给测量结果所带来的影响。最后针对每种被测目标，利用图像测量系统和精密量具分别对被测零件进行了测量与对比分析，表明利用数字图像处理技术测量轴类零件形状误差的可行性。实验结果证明该方法是可行的，具备一定的实用价值，具有简单、方便、计算快、精度高等优点，随着计算机视觉技术的发展以及对测量方法的进一步改善，有望用于实际生产过程中的实时、在线、非接触、快速检测。

全文目录

提要  4-9
第1章绪论  9-25
  1.1 轴类零件形状误差测量概述  9-10
    1.1.1 轴类零件形状误差测量意义  9-10
    1.1.2 轴类零件形状误差概述  10
  1.2 圆度误差的定义、常用测量方法  10-13
    1.2.1 圆度误差的定义  10-11
    1.2.2 常用圆度误差的测量方法  11-13
  1.3 圆柱度误差的定义、常用测量方法  13-15
    1.3.1 圆柱度误差的定义  13-14
    1.3.2 常用圆柱度误差的测量方法  14-15
  1.4 直线度误差的定义、常用测量方法  15-18
    1.4.1 直线度误差的定义  15-17
    1.4.2 常用直线度误差的测量方法  17-18
  1.5 接触式形状误差测量方法存在的问题  18
  1.6 机器视觉技术的发展现状及其在零件测量方面的应用  18-22
    1.6.1 机器视觉概述  19-20
    1.6.2 机器视觉技术的现状及发展趋势  20-21
    1.6.3 机器视觉技术在测量方面的应用  21-22
  1.7 本文的主要研究内容  22-25
第2章基于数字图像的测量系统及其标定  25-37
  2.1 概述  25
  2.2 数字图像测量系统的构成及测量原理  25-26
  2.3 测量系统的硬件构成  26-32
    2.3.1 照明系统的选择  27
    2.3.2 面阵CCD 相机  27-29
    2.3.3 工业定焦镜头  29-30
    2.3.4 数字图像采集卡  30-32
    2.3.5 图像处理系统与图像输出系统  32
  2.4 测量系统的软件  32-33
  2.5 测量系统的标定  33-36
    2.5.1 CCD 相机的标定方法  33-35
    2.5.2 本文使用的标定方法  35-36
  2.6 本章小结  36-37
第3章图像测量轴类零件形状误差的基础  37-57
  3.1 图像滤波  37-39
    3.1.1 邻域平均滤波  37-38
    3.1.2 中值滤波  38
    3.1.3 高斯滤波  38-39
    3.1.4 几种滤波器的比较  39
  3.2 边缘检测  39-47
    3.2.1 轴类零件边缘特点  40-41
    3.2.2 边缘检测原理及经典边缘检测算子  41-43
    3.2.3 Canny 边缘检测算子  43-45
    3.2.4 边缘检测算子对比分析  45-47
  3.3 图像边缘亚像素定位  47-56
    3.3.1 亚像素定位技术  47-48
    3.3.2 基于矩法的亚像素边缘检测算子  48-50
    3.3.3 基于插值法的亚像素边缘检测算子  50-51
    3.3.4 基于拟合法的亚像素边缘检测算子  51-56
  3.4 本章小结  56-57
第4章轴类零件圆度误差的图像测量  57-69
  4.1 轴类零件圆度误差的评定方法  57-58
  4.2 本文评定圆度误差的方法——极点法  58-60
  4.3 轴的弯曲对直线度测量结果的影响的校正  60-61
  4.4 圆度误差测量程序设计  61-62
  4.5 极点法测量圆度误差的实验验证  62-68
  4.6 本章小结  68-69
第5章轴类零件圆柱度误差的图像测量  69-79
  5.1 轴类零件圆柱度误差的评定方法  69-70
  5.2 本文测量圆柱度误差的方法  70-73
  5.3 偏心量的剔除  73-74
  5.4 圆柱度误差测量系统的程序设计  74-75
  5.5 截面数与旋转角度的选择  75-78
  5.6 本章小结  78-79
第6章轴类零件直线度误差的图像测量  79-87
  6.1 直线度误差的评定方法  79-80
    6.1.1 两端点连线法  79
    6.1.2 最小二乘法  79-80
    6.1.3 最小区域法  80
  6.2 本文测量直线度误差的方法  80-83
    6.2.1 直线度误差测量的总体方案  80-81
    6.2.2 本文评定直线度误差的方法  81-83
  6.3 轴的弯曲对直线度测量结果的影响的校正  83-84
  6.4 直线度误差测量程序设计  84-85
  6.5 实验验证  85-86
  6.6 本章小结  86-87
第7章测量系统的测量精度与测量误差分析  87-93
  7.1 系统测量精度分析  87
  7.2 系统误差分析  87-91
    7.2.1 测量方法误差  88-89
    7.2.2 其它误差  89-91
  7.3 本章小结  91-93
第8章全文总结与展望  93-95
参考文献  95-101
摘要  101-104
Abstract  104-109
攻读博士学位期间发表的论文和参加科研情况  109-110
致谢  110

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