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大锻件尺寸测量及形状检测技术研究

作　者: 李朝弟
导　师: 孙玉文
学　校: 大连理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 大锻件 线结构光 视觉测量 极线约束匹配 三维重建 椭圆拟合
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


大锻件作为国家重型制造装备和重大工程建设所必需的关键和核心基础部件,其制造能力和水平直接决定着重大技术装备的制造与发展。在大锻件的加工与锻造中,对其尺寸形状进行实时准确地在线测量与检测,对于提高锻造质量与效率,降低材料加工余量,都具有十分重要的理论意义与实用价值。本文针对我国大多数锻件生产厂测量锻件技术落后,误差较大及测量环境恶劣的现状,采用基于多线结构光的双目视觉测量系统,对大锻件尺寸测量及形状检测技术展开比较全面的研究,以期为大锻件的非接触测量探索新的思路和方法。首先,本文结合国内外大型锻件尺寸测量技术研究现状,在分析大量非接触性测量相关技术和文献的基础之上,针对目前大型高温锻件的特点及测量中存在的问题,为了更易于获取大锻件的测量信息,提出了采用多线结构光双目视觉测量的方法对大锻件进行非接触性测量。其次,通过利用光谱选择性图像采集技术,设计并搭建了大锻件图像采集实验平台。在双CCD摄像机镜头前加装滤光片,滤除掉高温状态下锻件产生的强辐射和干扰谱线,保留高温锻件的原始成像和结构光光条的信息,采集到了锻件在接近于常温时的多线结构光光条图像。再次,采用Canny边缘检测算子对光条图像进行边缘提取,获得了精度较高的光条图像边缘,运用像素八邻域算法对光条边缘实现了图像像素点二维坐标的提取。在基于极线几何约束理论的基础上,分析了极线方程和基本矩阵的推导过程,并运用极线约束的匹配准则,提出了光条边缘点的匹配算法,对左右光条边缘像素点实现了对应点的匹配,获得了效果较好的光条图像匹配点。利用点云的三维重建数学模型,在实验室条件下对方形和圆柱形工件进行了点云重建,获得了准确反映锻件形状和几何尺寸的点云。最后,针对圆柱形锻件的直径尺寸测量问题,本文提出将最小二乘椭圆拟合方法应用到圆柱形工件光条点云的曲线拟合之中,对获得的圆柱形锻件光条点云,通过空间平面拟合和旋转变换,将光条点云从三维空间变换到二维平面,并运用最小二乘椭圆拟合方法对光条进行曲线拟合,从而求解出锻件在光条截面处的空间椭圆曲线方程,获取锻件在该截面处的直径参数。在实验室条件下,对圆筒工件进行了仿真拟合测量,实验结果表明,本文的拟合方法能够实现圆柱形锻件的直径测量,测量误差小,满足大型锻件在工业生产中的精度要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-22
  1.1 课题研究背景及意义  9-12
  1.2 国内外相关技术研究现状  12-21
    1.2.1 三维非接触测量技术的研究现状  12-16
    1.2.2 大锻件尺寸测量技术的国外研究现状  16-19
    1.2.3 大锻件尺寸测量技术的国内研究现状  19-21
  1.3 课题来源及论文的主要研究工作  21-22
2 结构光双目视觉测量基础  22-35
  2.1 结构光三维视觉测量方法概述  22-26
  2.2 结构光双目视觉测量原理  26-28
    2.2.1 测量系统模型的建立  26-27
    2.2.2 测量原理几何模型  27-28
  2.3 摄像机成像模型  28-34
    2.3.1 参考坐标系  28-30
    2.3.2 摄像机线性模型  30-33
    2.3.3 摄像机非线性模型  33-34
  2.4 本章小结  34-35
3 测量系统设计与图像采集  35-46
  3.1 测量系统的设计与组成  35-38
  3.2 图像采集  38-42
    3.2.1 光谱选择性原理采集图像  38-39
    3.2.2 图像采集实验  39-42
  3.3 摄像机标定  42-45
    3.3.1 标定参数  43-44
    3.3.2 标定方法及实验  44-45
  3.4 本章小结  45-46
4 光条图像的特征提取与匹配重建  46-62
  4.1 光条的边缘提取  46-50
    4.1.1 图像边缘  46-47
    4.1.2 Canny算子边缘检测  47-48
    4.1.3 光条边缘像素点提取  48-50
  4.2 极线约束及匹配  50-57
    4.2.1 极线约束  50-54
    4.2.2 光条图像对应边缘点的匹配  54-55
    4.2.3 匹配实例  55-57
  4.3 光条点云的三维重建  57-61
    4.3.1 三维重建数学模型  57-59
    4.3.2 重建实例及尺寸测量  59-61
  4.4 本章小结  61-62
5 最小二乘椭圆拟合在圆柱形锻件直径测量中的应用  62-70
  5.1 光条点云的空间椭圆拟合  62-67
    5.1.1 光条点云的平面拟合  62-64
    5.1.2 光条点云的旋转变换  64-65
    5.1.3 光条点云的最小二乘椭圆拟合  65-67
  5.2 拟合实例及尺寸测量  67-69
  5.3 本章小结  69-70
结论  70-71
参考文献  71-74
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  74-75
致谢  75-77

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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