基于虚拟仪器的几何尺寸非接触测量技术研究

摘要

基于虚拟仪器的非接触视觉检测技术具有准确性高、性价比高、可靠性高等特点，是测量技术发展的重要方向之一。圆形特征零件的检测也是工业加工检测的一个重要任务。针对接触法难以实现的对软材质零件进行测试的情况，本文利用虚拟仪器技术、机器视觉技术与图像处理技术相结合的方法，开发了一套非接触式的几何尺寸测量系统。主要研究内容包括：
　　 ⑴研究了视觉系统的构成原理以及硬件参数的配置。根据系统的技术指标来完成总体结构设计和硬件的配置，进而完成了图像采集的任务。
　　 ⑵采用快速中值滤波法对图像进行了平滑处理，然后利用拉普拉斯算子对图像边缘细节进行了锐化，完成了图像的预处理。采用Otsu阈值法对图像进行了二值分割，并对分割后由于物体反光出现的空洞进行区域填充，然后基于形态学的方法去除了二值图像边缘的毛刺，来提高边缘检测的精度。通过对传统边缘检测法比较，选取了Sobel算子提取二值图像的单像素连续边缘，作为边缘点的粗定位；然后，利用Zernike正交矩亚像素边缘检测算法，完成了边缘点的精确定位。
　　 ⑶对圆形随机Hough变换（RHT）进行了改进，利用选定候选圆圆心为中心的正六边形窗口进行搜索限制，减少了运算时间；利用边缘的梯度方向信息为约束条件限制检索对象范围，减少了无效的运算量，加快了检测的速度。
　　 ⑷在LabVIEW的软件平台上结合MATLAB、IMAQ Vision进行系统软件的设计和调试。将不同功能的程序设计成单独的子功能模块，完成图像的处理、软质垫圈壁厚、内孔圆度、软质挚圈同心度的测量。将软质挚圈截面直径测量结果与GB3452.1-2005垫圈标准尺寸值相比较，测量偏差在国标公差范围内，达到了技术指标要求，并对软质垫圈的同心度误差和内孔圆度误差进行测量。最后对该系统进行了误差分析。从而实现了基于虚拟仪器的软材质圆形零件的非接触测量。