基于万能工具显微镜视觉反求测量系统研究

摘要

近年来,制造业取得了突飞猛进地发展,对零件的尺寸大小和精度要求越来越高,并对零件测量提出了新的要求。传统的零件测量方法如游标卡尺、量规、三坐标测量仪等,已经无法满足微小精密零件的测量。随着机器视觉技术和光电技术的飞速发展,视觉测量技术因其非接触、易操作、自动化程度高、测量快速等优点得到了快速的发展和广泛的应用。
　　本课题是以哈尔滨工业大学深圳研究生院光机电一体化研究中心实验室的万能工具显微镜为基础,加入CMOS图像采集系统用以进行图像采集,设计出一套视觉测量系统,并能导入AutoCAD系统中,从而完成对二维精密零件的反求测量。
　　在本文中,首先根据现有的工具显微镜实验平台,设计出一种图像采集方案,分次完成图像采集;接着,对采集到的零件图像,采用一种基于相位相关和光栅相结合的图像拼接算法实现工件图像的拼接;然后,对拼接后的零件图像进行滤波、去噪、去毛刺、二值化等操作,并进一步实现零件的单像素边缘和目标轮廓提取;接着,对轮廓进行筛选,先筛选出圆型轮廓,再提取剩余轮廓上的特征点,然后采用投影高度等方法实现轮廓的分割和图元的识别;最后,对识别出的图元进行最小二乘法拟合,并实现图元的DXF文件格式的矢量化输出,从而实现在AutoCAD系统中进行测量。
　　最后,采用标准量块对视觉测量系统进行标定,计算出测量系统与真实零件的对应关系。将该视觉测量系统对零件多次测量的结果与万能工具显微镜测量的结果对比,证明该系统具有较好的精度,满足测量要求。

目录

基于万能工具显微镜视觉反求测量系统研究

RESEARCH ON VISION MEASURMENT SYSTEM USING UNIVERSAL TOOL MAKER’S MICROSCOPE FOR REVERSE ENGINEERING

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2 章 基于相位相关的图像拼接

2.1 引言

2.2 图像采集系统

2.2.1 万能工具显微镜

2.2.2 工业相机

2.3 图像采集方案设计

2.4 图像拼接算法研究

2.4.1 图像拼接原理

2.4.2 基于相位相关的图像拼接算法

2.4.3 图像坐标变换与融合

2.5 图像拼接实验

2.6 本章小结

第3 章 零件图像单像素边缘与轮廓提取

3.1 引言

3.2 图像滤波

3.2.1 图像滤波分析与比较

3.2.2 基于灰度阈值的图像分割

3.3 图像单像素边缘提取

3.4 图像轮廓提取与噪声点去除

3.4.1 Freeman 链码跟踪与提取

3.4.2 轮廓噪声点去除

3.5 轮廓提取实验

3.6 本章小结

第4 章 轮廓分割与图元矢量化

4.1 引言

4.2 轮廓筛选

4.3 特征点检测

4.4 轮廓分割与图元识别

4.4.1 轮廓投影高度法分类

4.4.2 轮廓初步分段

4.4.3 直线的识别与融合

4.4.4 圆弧的识别与融合

4.5 图元最小二乘法拟合

4.5.1 直线的拟合及其端点的确定

4.5.2 圆弧的拟合及其端点的确定

4.6 图元矢量化及DXF格式输出

4.6.1 DXF文件格式分析

4.6.2 DXF格式输出坐标系变换

4.6.3 图元的矢量化输出

4.7 轮廓分割与图元识别实验

4.8 本章小结

第5 章 系统标定与测量实验

5.1 引言

5.2 系统标定与验证

5.2.1 系统标定

5.2.2 标定验证

5.3 零件测量实验与分析

5.3.1 零件测量实验一

5.3.2 零件测量实验二

5.4 误差分析与提高精度的方法

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢