基于机器视觉大直径在线检测算法及误差模型的研究

摘要

随着现代工业的高速发展，各种大直径工件得到了广泛的应用，相应的直径测量要求也越来越高，尤其在高端装备制造业、高精密测量等行业中更为突出。对大直径高精度测量的研究，已经是现今在线测量的一个研究热点，尤其是服役状态下大直径工件的在线监测研究，它对于保障安全有着重要的意义。本论文以列车轮对为研究对象，利用光电检测技术对轮对直径在线测量方法进行研究，不仅可以得到轮对直径大小，而且可以获得轮对踏面擦伤、磨损等重要信息，对保障列车安全行驶有重要意义。
　　本论文详细介绍了相机测量原理及其标定方法。在张正友标定法的基础之上，利用相机和激光器特殊位置关系提出了多平面标定方法，建立了虚拟空间坐标尺，实现了相机快速标定，该技术不仅满足了列车轮对直径在线测量要求，还为其他相关行业的测量提供了理论依据。
　　研究了线结构光中心提取方法，提取到了亚像素的光条中心。在此基础之上，提出了一种基于传统弦高法进行改进的直径计算方法，避免了传统弦高法由误差放大原理带来的较大误差，满足了精度要求。
　　搭建了通用试验平台，完成了标定试验、直径测量试验等。该试验平台不仅可以满足本试验要求，还可以用在其它曲面的测量，具有很好的通用性。
　　本论文最后建立了GUI界面，使得试验操作处理变得简单易行。对测量结果进行详细的误差分析，分别从系统误差和随机误差着手找出其误差来源，建立了误差分析模型。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2大直径测量的国内外研究现状

1.3课题研究内容

第二章 系统测量原理及数学模型的建立

2.1 CCD相机原理

2.2相机标定原理

2.3图像光条处理

2.4数学模型的建立

2.5本章小结

第三章 测量系统设计

3.1摄像机的选择

3.2摄像机固定架选择

3.3激光器选择

3.4标定板设计

3.5移动平台的选择

3.6数据处理设计

3.7本章小结

第四章 试验及数据处理

4.1交点提取

4.2试验结果及分析

4.3本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文

附录2 攻读硕士学位期间获得科研鉴定成果

附录3 论文中用到的主要程序

附录4 部分试验结果