热真空环境下的视觉测量方法研究

摘要

随着计算机视觉理论及图像处理技术的不断发展，视觉测量技术得到了越来越广泛的应用。视觉测量具有测量直观、精度高、非接触、环境适应力较强等诸多优点，但是环境温度、压力、振动等条件也会对视觉测量系统的测量精度产生影响。当视觉测量系统在高低温、真空等特殊环境条件下长时间工作，系统关键元件的性能将受到较大影响甚至会损坏，无法保证测量结果的有效性。因此，有必要对特殊环境下的视觉测量方法进行相关研究。
　　 视觉测量系统是一个涉及到光学、电子、计算机和机械的多方面复杂系统，其各个环节都可能受环境条件的影响。以热真空环境下的零件二维间隙尺寸高精度视觉测量方法为主要研究内容，从理论上分析了特殊的环境温度、压力及振动对测量系统的影响，提出了相应解决对策并设计了一套能够在热真空环境下使用的视觉测量系统。
　　 在视觉测量系统的硬件设计上，以计算机为处理平台，选用了工业级高分辨率CCD相机、远心光学镜头、LED光源及数字电源，并通过增加温控装置和隔振平台来减小环境条件对测量系统的影响，从而保证系统在特殊环境下的长时间稳定工作的性能。
　　 软件设计上通过模块化设计便于软件功能扩展。通过综合利用图像去噪、阈值分割、边缘检测和亚像素细分等多种图像处理算法，得到了较为理想的处理效果。设计了一种基于图像特征区域局部平均灰度的曝光补偿算法，减小光照强度变化对测量的影响。针对二维尺寸测量，采用了一种简化的基于像素当量的实时标定方法，很好地减小环境条件变化造成的测量误差。
　　 在热真空环境下对测量系统进行了性能测试，测试结果表明，系统可以在特殊环境下长时间稳定工作。完成了热真空环境下的零件多种类型二维间隙尺寸参数的测量实验，实验结果表明本文提出的测量方法可实现热真空环境下零件二维间隙尺寸的实时高精度测量要求。