基于图像的保持架在线检测设备关键技术研究

摘要

我国已成为世界第三大轴承制造国家，保持架作为轴承组件的重要组成部分，其产量也随轴承产量的增加而增加，这也给保持架人工质量检测带来了压力。传统人工检测主要存在费时费力等问题，而机器视觉检测技术由于其自身的优点，已广泛运用在医学、工业、农业等各个领域，因此，对基于图像的保持架在线检测设备研究可以缓解轴承行业高速、大批量、自动化生产环境下人工视觉检测所面临的窘境。
　　本文结合机器视觉的基本组成和数字图像处理的相关算法，讨论了保持架在线检测设备中的关键技术，以圆锥滚子轴承筐形保持架为例，测量了保持架上下端面的内外圆直径和坡面兜孔梁宽的变动量，主要内容如下：
　　1.设计了检测系统的整体组成，完成硬件选型。根据保持架目前存在的生产力约束和检测要求，对系统的总体组成进行介绍。在硬件选型上，主要包括照明、摄像机、镜头等方面，根据实际测量对象，选择适合的组件和参数，最后通过实验平台搭建，采集到保持架图像。
　　2.完成了摄像机标定和尺寸标定。摄像机标定主要根据张正友标定法，通过对不同位置棋盘格图像的角点选取，求解出摄像机的内参和外参，完成对保持架图像的矫正。尺寸标定采用标准件标定的方式，将图像像素值转换为物理实际值。
　　3.讨论了保持架直径测量方法和兜孔梁宽变动量测量方法，采用Sobel-Zernike矩的亚像素测量方法，运用Sobel算子粗定位和Zernike矩亚像素精定位，并在此基础上，增加有效圆检测步骤和环形掩模运算，剔除部分干扰点，提取有效信息，最后通过最小二乘法拟合求得具体尺寸。
　　4.研究了在工业环境中保持架尺寸测量方法。针对工业生产中拍摄位置偏离、图像模糊、工业杂质影响等情况，提出了基于图像处理的微调算法、基于图像中心的圆搜索边缘提取方法，改进了基于Sobel的图像清晰度评价函数，并讨论了兜孔边缘的凸包求解，最后对测量结果进行分析，证明图像测量方法的准确度和重复精度。
　　本文通过图像处理相关算法实现了保持架尺寸的测量，且对实际生产环境进行分析，讨论各因素对测量的影响，给出了保持架在工业实际中的测量方法，实验证明，基于图像的保持架尺寸测量方法完全可以替代传统人工测量。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景与意义

1．2 机器视觉技术及工业应用

1．2．1 机器视觉技术概述

1．2．2 机器视觉在工业检测中的国内外现状

1．3 图像的尺寸测量关键技术

1．4 本文主要的研究内容

2．1 引言

2．2 需求分析

2．3 系统设计

2．3．1 总体设计

2．3．2 细节设计

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 摄像机模型

3．2．1 针孔成像模型

3．2．2 畸变模型

3．3 标定方法

3．4 标定过程分析

3．4．1 相机标定过程

3．4．2 尺寸标定

3．5 本章小结

4．1 引言

4．2 保持架图像处理总流程

4．3 保持架图像预处理

4．3．1 保持架图像空间滤波方法

4．3．2 保持架图像阈值分割方法

4．3．3 保持架图像边缘检测方法

4．4 保持架上下端面圆直径测量

4．5 保持架兜孔梁宽变动量测量

4．6 测量结果

4．6．1 保持架上下端面圆直径测量结果

4．6．2 保持架兜孔梁宽变动量测量结果

4．7 本章小结

5．1 引言

5．2 保持架的对中和调焦

5．2．1 保持架图像的对中方法

5．2．2 保持架图像的清晰度评价函数

5．3 工业杂质对保持架尺寸测量的影响

5．3．1 基于图像中心的圆搜索边缘提取方法

5．3．2 保持架兜孔边缘的凸包求解

5．4 实验分析

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果