大型锻件双目视觉测量匹配关键技术研究

摘要

大型锻件作为装备制造业的重要基础，其锻造水平对高端装备制造产业意义重大。为减少锻造能耗，提高加工精度及材料利用率，在锻造过程中需要对其尺寸进行在线测量，以合理规划锻造工艺，提升锻造水平，有效缓解各领域重大装备对大型锻件的迫切需求，全面提升我国高端装备制造的产业形象和能力。双目视觉测量因具有非接触，效率高，可获取全域信息等特点，在测量大型锻件尺寸时具有显著应用优势。匹配技术作为双目视觉测量中的重要环节，其精度、速度、鲁棒性对测量具有重要意义。因此，本文进行了大型锻件双目视觉测量匹配关键技术研究。
　　针对双目特征信息不一致的问题，通过分析激光光条图像的匹配特性，提出等匹配约束特征信息构造方法。在此基础上，提出根据不同被测物表面激光光条的不同特性，构造不同的等匹配约束特征信息，为高精度特征提取、匹配与待测尺寸重建提供理论基础。
　　针对大型筒节锻件直径测量过程中左、右图像激光光条边界信息不一致，特征匹配不准确的问题，分析了测量过程中大型筒节锻件表面激光光条特征，通过采用相交激光光条构造等匹配约束特征信息，提出高精度特征提取方法，实现大型筒节锻件在测量过程中特征信息的鲁棒、精确匹配。
　　针对其他常规（方形、长轴类）锻件测量过程中左、右图像激光光条中心点提取结果不满足一一对应匹配关系，特征匹配率低的问题，提出了基于支持向量机回归环境系数的图像阈值分割法，以及基于等匹配约束特征构造的提取匹配方法。特征提取前，通过大量实验图片训练支持向量机模型，预测环境系数，以分割图像中有效的光条信息和背景信息。在此基础上构造等匹配约束特征，通过粗精结合方式完成特征提取，采用极线约束与灰度相似性约束进行特征点匹配，实现待测尺寸测量。
　　在实验室进行本文方法的精度验证，直径测量相对误差0.170%，宽度测量相对误差0.183%；在锻件现场进行本文方法的可行性验证，完成了锻件现场方形锻件高度和长轴类锻件直径的实时测量。实验室实验与现场实验证明了本文匹配方法的精度及有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题来源、研究背景及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 研究目的与难点

1.4 论文的主要研究内容

2 基于双目视觉测量的激光光条匹配特性分析

2.1 大型锻件双目视觉测量原理

2.2 双目视觉测量中激光光条中心点的匹配特性分析

2.3 等匹配约束特征构造方法

2.4 本章小结

3 大型筒节锻件测量中的激光光条匹配方法

3.1 大型筒节锻件直径测量中的激光光条图像特征

3.2 基于等匹配约束的特征构造

3.3 激光光条等匹配特征提取

3.4 特征匹配及直径测量

3.5 本章小结

4 其他常规锻件测量的激光光条图像预处理

4.1 基于环境系数的Otsu阈值图像分割技术

4.2 灰度特征参数与环境系数关系分析

4.3 基于支持向量机回归的环境系数选取方法

4.4 本章小结

5 常规锻件测量中的激光光条匹配方法

5.1 常规锻件测量中等匹配特征构造

5.2 等匹配特征提取方法

5.3 特征匹配

5.4 特征尺寸重建

5.5 本章小结

6 实验与分析

6.1 大型锻件热态几何参数在线测量系统

6.2 实验室精度验证实验

6.3 锻件现场测量实验

6.4 本章小结

结论与展望

参考文献

附录A

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢