基于机器视觉的万能工具显微镜自动测量技术研究

摘要

物体几何尺寸的精密测量在检测技术中是一个应用十分普遍且有实际应用价值的问题。万能工具显微镜作为传统的二维坐标测量系统，因其性能稳定、测量精度高、操作方便而得到广泛应用。但是传统的光学测量仪器本身所固有的缺点，如瞄准麻烦、读数过程烦琐、人员主观误差相对较大、长期工作劳动强度大等，又限制了它们在某些场合的应用，并且已经无法跟上日益增长的自动化、信息化的要求。因此本文针对原有万能工具显微镜存在的缺点，提出了一种基于机器视觉的万能工具显微镜自动测量改进方法。 本文在综述尺寸检测及相关技术国内外发展现状的基础上，建立基于机器视觉的万能工具显微镜自动测量系统。该系统主要由光栅位移检测系统、光学系统、图像采集系统、运动控制系统及主控计算机所组成。本文介绍了该测量系统的结构和工作原理；开发出了基于PC机和单片机的步进电机控制器以及基于L297/L298芯片的混合式步进电机驱动器。详细介绍了相关的图像处理技术，在图像预处理中，分析比较了几种不同的平滑滤波效果，中值滤波因为更好的边缘保持和适应性特点而具有优越性，本文选择快速中值滤波算法对工件图像进行平滑处理，并利用直方图阈值分割算法进行图像分割。分析比较了经典边缘检测算子，提出了基于二值化图连通域的边缘检测方法，既利用了阈值分割的结果，又提高了检测的速度。在特定的应用场合，这种方法完全满足要求且有极大优越性。针对显微测量的特点，提出了环形轮廓跟踪算法并进行轮廓方向匹配，解决了测量过程中轮廓部分丢失和轮廓方向不一致的难题，保证测量的顺利进行。用C++ builder高级语言进行软件编程和程序调试，开发出一套完整的自动测量程序。最后，对该系统进行了实验验证并进行了系统误差分析。 利用机器视觉技术对万能工具显微镜进行改进以实现尺寸测量，具有测量速度快、测量精度高、测量实现非接触等一系列优点，很适合工业上零件的精密测量，具有较高的应用价值和广泛的应用前景。本文设计的测量系统测量范围为 ，其测量精度可达 。