全自动影像测量仪零件精准定位研究

摘要

影像测量仪具有实时在线检测、非接触测量、可靠性高等优点，在视觉测量领域得到了越来越广泛的应用。但是，在零件的重复或批量测量过程中，定位基准或定位夹具来进行辅助定位的使用导致测量效率低，无法满足高效率的自动化测量需求，在很大程度上成为其在自动化测量领域应用的瓶颈之一。因此，本文针对这一问题，开展影像测量仪视觉引导的研究，旨在实现批量零件的自动定位，是后续自动化测量的重要前提。本文的主要研究内容如下: (1)针对现有影像测量仪相机视场小，对于零件的重复测量依赖定位夹具所导致的测量效率低的问题，通过增加大视场模块获得零件的全局图像，对测量平台进行视觉引导，实现零件的自动定位;搭建了相应的影像测量系统，为后续研究提供基础。 (2)针对所引入的大视场定位模块存在较大畸变的问题，通过对相机成像过程进行详细分析，建立了镜头畸变的数学模型;利用棋盘格，采用张氏标定法获取相机的内参数，对失真图像进行畸变矫正。在此基础上，根据大、小视场相机的投影模型，利用同一标识点，建立了两个相机光轴相对位置的数学模型，最后进行实验验证，实验结果表明大、小视场相机相对位置标定方法的可行性。 (3)为了准确实现对待测目标的定位，影像测量系统通过大视野模块的全局图像信息完成对测量平台的视觉引导，根据全局图像的灰度对比明显的特点，利用双峰法实现阈值分割，利用多项式插值获取亚像素轮廓点，通过最小二乘法拟合圆获取圆心的精确坐标，使得定位精度得以保证。在此基础上，对特征点像素坐标到机床坐标的转换方法进行了详细阐述，实验的结果表明了方法的可行性。 (4)在结合本系统自身特点，对定位误差来源进行深入分析的基础上，提出一种综合误差补偿方法。通过对定位误差进行分析，找出其分布规律及影响误差分布的主要因素，建立了相应的误差补偿数学模型，并且利用该误差补偿模型对影像测量系统的定位误差进行修正，使得测量平台的引导定位精度得到比较理想的改善。在此基础上，为进一步对误差进行补偿，引入基于图像的视觉伺服技术，构成影像测量系统的闭环控制，最终实现定位零件与小视场相机图像中心的精确位置对准。