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基于标准规的几何尺寸参照测量技术研究

作　者: 杨春晖
导　师: 韩焱
学　校: 中北大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 线阵图像传感器参照测量相机标定边缘校正
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 54次
引　用: 3次
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内容摘要

几何尺寸的在线检测技术对保障产品的生产质量至关重要,随着高精度系统的发展,其对产品的加工精度和加工合格性提出了越来越高的要求。外径作为轴对称类产品的重要参数,需要进行高精度在线测量,但现有测量设备往往会出现测量精度随着设备量程的增大而减小的问题,单纯依靠提高测量设备自身分辨率来提高精度是不可取的,而且会受到工业技术、检测条件和制造成本等客观条件的限制。针对大直径轴对称类构件的高精度测量问题,本文提出了基于标准规的参照测量方法,将外径测量问题转化为目标与标准规之间的狭缝尺寸测量。应用机器视觉技术,利用高分辨率线阵图像传感器和图像处理技术实现对狭缝的精确测量。本文首先研究了系统的测量原理,即狭缝尺寸与目标尺寸之间的转化原理,对系统进行了误差分析,得到影响系统精度的主要因素包括相机标定精度和图像测量的定位精度;其次,提出了线阵相机的内外参数分离的两步标定法,两步法充分利用了实验室的高精度标定条件,而且有利于工业现场应用,通过实验得到标定后的相机测量精度有了很大提高;最后,对系统中应用到的图像处理相关技术进行了研究,提出了适用于线阵图像传感器在线实时测量系统的图像质量评价函数和图像边缘校正算法,并通过模拟实验对本文中提出的算法进行验证。实验结果表明,本文中的图像测量算法可以实现狭缝的高精度测量,从而达到了系统的设计要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-17
  1.1 课题来源、背景及研究意义  10-11
  1.2 尺寸测量技术现状  11-12
    1.2.1 接触式测量方法  11-12
    1.2.2 非接触式测量方法  12
  1.3 基于机器视觉的尺寸测量技术  12-16
    1.3.1 视觉测量的应用现状  13-15
    1.3.2 视觉测量的关键技术  15-16
  1.4 本文的主要研究内容和章节安排  16-17
2 基于标准规的几何尺寸参照测量技术  17-31
  2.1 基于标准规的参照测量系统的总体设计  17-22
    2.1.1 系统分析  17
    2.1.2 系统总体设计  17-19
    2.1.3 系统的关键硬件组成  19-22
  2.2 测量系统原理及误差分析  22-30
    2.2.1 测量系统原理  23-25
    2.2.2 外径测量函数的误差分析  25-26
    2.2.3 相机非正常位移引起的误差分析  26-28
    2.2.4 相机非正常旋转引起的误差分析  28-30
  2.3 本章小结  30-31
3 系统成像模型及标定算法实现  31-49
  3.1 成像模型  31-35
    3.1.1 坐标系的定义  31-32
    3.1.2 摄像机的针孔成像模型  32-34
    3.1.3 成像模型中的非线性因素  34-35
  3.2 相机标定经典方法  35-41
    3.2.1 线性模型的相机标定  35-36
    3.2.2 非线性模型的相机标定  36-39
    3.2.3 现有线阵相机的标定方法  39-41
  3.3 基于内外参数分离的两步法的改进  41-47
    3.3.1 成像模型  41-43
    3.3.2 标定方法  43-46
    3.3.3 实验标定结果  46-47
  3.4 本章小结  47-49
4 图像测量算法  49-69
  4.1 光源对成像质量的影响  49-56
    4.1.1 图像质量评价函数  49-53
    4.1.2 光源照明技术对测量系统的影响  53-56
  4.2 图像预处理及边缘校正  56-63
    4.2.1 图像预处理  56-58
    4.2.2 基于边缘退化模型的边缘校正  58-61
    4.2.3 实验分析  61-63
  4.3 图像的边缘检测和亚像素定位技术  63-67
    4.3.1 边缘检测  63-65
    4.3.2 亚像素边缘定位算法  65-66
    4.3.3 边缘定位算法的实验研究  66-67
  4.4 图像测量算法验证实验  67-68
  4.4 本章小结  68-69
5 结论与展望  69-71
  5.1 论文结论  69-70
  5.2 论文创新点  70
  5.3 存在的问题及以后的工作展望  70-71
参考文献  71-78
攻读硕士期间发表的论文  78-79
致谢  79

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