大长度导轨直线度视觉测量方法的研究

摘要

直线度是几何量测量领域中最基本、最重要的一项内容，同时也是平面度、平行度、垂直度、同轴度等几何量的测量基础。导轨直线度误差直接影响到工件的加工精度，所以导轨直线度误差的测量是工业测量领域里一个非常重要的项目。
　　传统的直线度检测方法，如平尺法、水平仪、钢丝法等，虽然检测器具简单，实际中常被采用，但各自都存在一定的局限性，测量精度不高，效率低，性能无法保证：与此同时，以准直光束为测量基准，四象限光电池为接收器件的方法由于种种原因一直未能实用化，而激光干涉仪测量法则由于其价格过高，而难以得到推广。因此课题以导轨的直线度测量为研究对象，在兼顾精确性与经济性的前提下，提出了基于数字图像处理的视觉测量方法。
　　本文根据导轨直线度测量原理，提出以望远系统视轴作为测量基准，制定了视觉测量系统整体方案，并在此基础上设计了光缝靶标和阵列分布靶标两种形式的图案靶标，通过理论分析与大量的实验对比，采用阵列分布靶标图案可以实现导轨的大长度直线度测量，且具有较好的测量精度。软件系统通过图像的采集、灰度变换、滤波处理、阈值选取、目标识别等图像处理方法得到直线度的测量数据。论文设计了一套集图像技术、计算机技术、数据处理等于一体的导轨直线度测量系统。
　　本文通过理论分析、系统搭建、实验验证以及测量误差分析等一系列工作，论证了该系统具有一定的实用价值，基于该方案的系统在大长度导轨直线度测量中具有一定的优越性。

目录

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1 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外导轨直线度测量的研究现状

1.3 机器视觉用于精确测量的研究现状

1.4 课题主要研究的内容

2 直线度误差测量原理及方案设计

2.1 直线度误差测量原理

2.2 视觉测量系统方案设计

2.2.1 光源

2.2.2 光学系统

2.2.3 视觉传感器

2.2.4 图案靶标

2.2.5 计算机

2.3 本章小结

3 瞄准靶标图案的设计

3.1 概述

3.2 光缝靶标

3.2.1 光缝靶标图案设计

3.2.2 靶标图像的识别检测

3.2.3 测量实验

3.2.4 问题分析及结论

3.3 圆形阵列靶标

3.3.1 靶标图案设计

3.3.2 稳定性测量实验

3.3.3 结论

3.4 本章小结

4 基准点亚像素定位

4.1 亚像素概述

4.2 亚像素定位技术

4.2.1 亚像素定位原理

4.2.2 形心法

4.2.3 灰度重心法

4.2.4 算法精度对比

4.3 系统标定

4.3.1 系统标定的方法

4.3.2 系统标定实验

4.4 本章小结

5 系统测量软件实现

5.1 图像采集

5.2 图像预处理

5.2.1 图像平滑滤波

5.2.2 图像分割

5.2.3 数学形态滤波

5.3 测量实现

5.3.1 贴标签

5.3.2 基准点识别检测

5.4 直线度的评定

5.4.1 最小包容区域法

5.4.2 最小二乘法

5.5 本章小结

6 实验验证及误差分析

6.1 重复性测量实验

6.2 视轴漂移实验

6.3 与API激光对比实验

6.4 导轨直线度误差测量

6.5 误差分析及改进措施

6.5.1 成像系统失真误差

6.5.2 图像传感器噪声误差

6.5.3 算法误差

6.5.4 随机误差

6.6 本章小结

7 结论及改进设想

致谢

参考文献

附录A 实验现场图片

附录B 实验现场图片

作者论文发表情况