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《微尺寸視覺精密檢測系統(tǒng)設計.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、2002年12月重慶大學學報Dec.2002第25卷第12期JOurnaIOfChOnggingUniversityVOI.25NO.12文章編號：1000-582X（2002）12-0021-03微尺寸視覺精密檢測系統(tǒng)設計!廖強1，米林2，周憶1，徐宗俊1（1.重慶大學機械學院，重慶400044；2.重慶大學機械傳動國家重點實驗室，重慶400044）摘要：微小零件（微尺寸）幾何量的精密測量，是當前精密加工、測量和裝配中的一個難點。傳統(tǒng)的接觸式測量，極易破壞工件和改變零件的相互位置。基于機器視覺的高精度幾何量測量系統(tǒng)，既具備了
2、非接觸式測量的優(yōu)點，同時也有較高的性價比，是機器視覺技術在該領域中的一次成功應用。它采用在改進的Canny邊緣的梯度圖像上進行二次曲面擬合，獲取零件精確邊緣（輪廓）的方法，實現(xiàn)了對其相關幾何量進行精密測量；同時，還解決了自動對焦，自動跟蹤，數(shù)據(jù)自動“縫合”以及高精度和小視場之間的矛盾及光源等技術難題，達到了微米級的測量精度。關鍵詞：精密測量；機器視覺；邊緣擬合；微小尺寸中圖分類號：TP391.4文獻標識碼：A近十幾年來，隨著計算機圖像處理和模式識別技1邊緣提取術的迅速發(fā)展、日趨成熟，各種工業(yè)視覺系統(tǒng)已經(jīng)逐漸被廣泛地應用于質量檢
3、測、精密測量及精密裝配等工1.1算法設計程領域。特別在精密測量中利用視覺系統(tǒng)相對于純機邊緣檢測在本系統(tǒng)中占有非常重要的地位，圖像械方法或光學方法具有操作直觀簡便、抗干擾性強、精的邊緣往往提供了物體邊界很有價值的結構信息。因度高等特點，具有良好的應用前景。此，可以利用其邊緣來進行定位及尺寸計算，從而完成筆者研制的高精度視覺測量系統(tǒng)，主要用于硬脆誤差測量的要求。目前，有兩類基本的邊緣檢測方法，材料微小零件的檢測。首先，這類零件尺寸小、易碎，一種是常見的梯度提取法，這類方法運算簡單，但抗干用傳統(tǒng)的接觸式測量無法實現(xiàn)；其次，其測量精度
4、較擾性能差，定位精度不高。另一類為邊緣適配法，就是高，傳統(tǒng)的普通光學方法很難達到，該檢測系統(tǒng)測量精把圖像看作曲面，用曲面最佳擬合的方法把原始圖像度為13，完全能滿足其測試要求。高精度的視覺用擬合曲面來代替，再在擬合曲面上作邊緣檢測。!m檢測系統(tǒng)，對各個部分的要求都非常高，特別是圖像測根據(jù)邊緣檢測的有效性和定位的可靠性，J.Canny量單元，其精度問題是整個系統(tǒng)精度能否達到要求的研究了最優(yōu)邊緣檢測器所需特性［2］。他提出的Canny關鍵。為此，筆者精心設計了一個具有1/8子像素精算子在二維情形時，具有很好的邊緣強度估計，而且能度
5、的邊緣檢測算法，取得了很好的測量效果。該檢測產(chǎn)生邊緣梯度方向和強度兩個信息。為后續(xù)處理（如細系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示［1-2］?；瑪M合精確邊等）提供了非常重要的依據(jù)。并且對于大多數(shù)圖像來說，其頻寬總是在一定范圍內。因此，通過插值運算可保證圖像像素定位精度遠小于一個像素。綜上所述，在本系統(tǒng)中的邊緣檢測方法包含兩個步驟：一是使用作了改進的Canny方法得到具有1個像素精度的Canny邊緣，二是在Canny邊緣的梯度圖像上進行二次曲面擬合，并參考Canny邊緣位置及邊緣方向進行更精確的邊緣提取，以獲得約1/8子像素圖1檢測系統(tǒng)組成
6、框圖!收稿日期：2002-09-08基金項目：航天工業(yè)總公司“八·五”工藝預先研究計劃課題（42.2/910023）作者簡介：廖強（1963-），男，重慶墊江人，重慶大學副教授，在職博士研究生，主要從事機械制造、機械電子工程方面的研究。22重慶大學學報2002年精度的精確邊［2-4］。左右。1.2照明系統(tǒng)設圖像板采集到的數(shù)字圖像為I，自動對焦的過CCD提取圖像邊緣和輪廓是否準確，直接影響其程將是求數(shù)字圖像I對!2G數(shù)字濾波器的最大響應圖像定位精度。從正面（朝向觀測方一面）照明被測的過程。在具體實現(xiàn)時，圖像采集板連續(xù)拍攝一系列件
7、，被測件表面的雜散光和復雜形狀，會導致CCD提對應于不同平臺高度處的工件圖像I（II的取值范圍取虛假邊緣和輪廓，給圖像處理造成困難。從被測件取決于攝像機鏡頭景深大小以及聚焦的精確度）。如果背面照明，可避免上述問題，有利于保證和提高圖像定I的取值為：1到N，則最佳聚焦為拍攝圖像IM（最佳圖位精度。為此，筆者為顯微測量系統(tǒng)配備了被測件背像）時鏡頭的焦距（與平臺所處的位置有關），此時M面照明系統(tǒng)。應滿足：2G#I2G#II!MI=max｛I!II｝，2測量原理（I的取值為：1到N）（2）2.1工作流程為了加快處理速度，在其響應最大值
8、的搜索中利檢測系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。用了其單調、對稱性，減少了搜索量，同時采用了效果相似但速度更快的SODel算子，取得了很好的效果［5-6］。2.3坐標設置由于顯微攝像機直接攝取零件輪廓，其視場很小，所能觀測零件的實際輪廓甚小，不能一次獲取整個零圖2邊緣檢測系統(tǒng)的工作流
