[發明專利]一種基于工藝匹配的微小型結構件快速顯微檢測方法及裝置

無效

• 申請號: 200910085601.6
• 申請日: 2009-05-26
• 公開（公告）號: CN101619964A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 張之敬;葉鑫;金鑫;張林;杜芳;程朋樂
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/08;G01B11/12;G01B11/00;G06T7/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心
• 代理人: 高燕燕

技術領域

本發明涉及一種基于工藝匹配的微小型結構件快速顯微檢測方法及裝置，屬于精密儀器制造及測量技術領域，特別是一種能夠根據微小型結構件制造的相關工藝方法和邊緣物理特征識別邊緣光學特征并確定幾何邊緣的方法及裝置。

背景技術

隨著微型機械的發展，對微機械量和幾何量的檢測要求也越來越高。顯微視覺測量方法輔助以精密的機械移動可以覆蓋0.1μm～10mm的區間，幾乎可以覆蓋整個微機械幾何量測量區間，基本能夠滿足微小型結構件檢測的需要。其中邊緣識別技術一直是視覺檢測的重點，直接影響測量結果的精確性。經典的邊緣識別方法主要是考察圖像的每個像素在某個領域內的灰度變化，利用邊緣鄰近一階或二階方向導數變化規律來檢測邊緣。顯微圖像與普通圖像相比更多受到成像設備、聚光照明系統和客觀條件的限制，噪聲較多、邊緣輪廓等細節往往比較模糊，因此在顯微圖像測量中找的合適的邊緣識別算法顯得更重要。

在零件制造中，不同工藝會出現不同的加工特性，如激光打孔的孔周圍會出現火山口現象，沖壓的底面邊緣會出現飛邊現象等。微小型零件由于結構小，這種由加工工藝造成的邊緣特性就更為明顯，基于現有技術很難較好的去除微小型零件中這種加工特性對邊緣帶來的影響。因此，若在微小型零件顯微視覺檢測中不考慮加工工藝影響，只采用傳統邊緣識別方法，很難在顯微圖像中識別出真正的微小結構件邊緣。

宏觀圖像中傳統使用的二值化、平滑和銳化等處理過程都會使顯微圖像邊緣丟失信息，導致測量上的偏差。二值化的方法容易得到單一的邊緣，但顯微圖像邊緣復雜且存在大量陰影，往往閾值很難確定，得到的邊緣點位置偏差較大；顯微圖像中的噪聲一般比較大，往往成黑斑或亮斑形態，而非宏觀圖像中分散、獨立的噪聲點，因此使用宏觀圖像中的平滑方法很難去除顯微圖像中成斑狀的噪聲，并且平滑后模糊了邊緣信息，使之后提取的邊緣不夠準確；若直接對顯微圖像用宏觀圖像處理學中的邊緣檢測算子提取邊緣，提取的邊緣不連續、不單一，給后面的精密測量帶來問題，而且識別的邊緣往往帶有顯微圖像中斑狀噪聲的邊緣。

發明內容

為了克服上述已有邊緣檢測方法和技術存在的局限和不足，本發明提出一種基于工藝匹配的微小型結構件邊緣快速顯微檢測方法及裝置。該方法在傳統邊緣識別的基礎上加入了加工工藝信息和邊緣統計特性。以顯微光學檢測技術為基礎，針對不同加工工藝微小型零件邊緣特性，利用數理統計的方法分別對其邊緣過渡區域進行擬合，建立不同工藝微小型零件的邊緣過渡區域數學模型，通過對數學模型的分析，精確識別和定位出邊緣點的位置。該方法考慮了微小型零件的實際加工情況，加入統計學思想，考慮了邊緣相鄰小區域的相關性，有效去除邊緣附近的隨機噪聲，精度達到亞像素級，使顯微圖像邊緣檢測結果更精確。

本發明的技術解決方案是：一種基于工藝匹配的微小型結構件邊緣快速顯微檢測方法，包括以下步驟：

(1)提取顯微圖像邊緣過渡區：據顯微圖像邊緣區域從背景到被測零件表面或從被測零件表面到背景的灰度值變化量L對圖像灰度值進行特殊的剪切操作，并對剪切后的圖像求梯度和有效平均梯度，得到的EAG與剪切值L有關，可認為是L的函數EAG(L)。對應的高端和低端EAG可分別記為EAG_high(L)和EAG_low(L)，對其求極值點得出L_high和L_low，這兩個極值點就被認為是過渡區對應的邊界灰度值，由這兩個灰度值在圖像中分出的區域就是邊緣過渡區。

(2)進行邊緣過渡區域建模：先對邊緣過渡區域各像素點的灰度值進行相關性運算，再對相關性運算后的數據利用最小二乘思想建立邊緣過渡區回歸模型，具體采用參數個數可選擇、擬合效果更好的多項式回歸模型。

(3)利用樣本相關系數r衡量模型擬合的性能。

本發明還提供了一種基于工藝匹配的微小型結構件邊緣快速顯微檢測裝置，包括機械傳動模塊、成像系統模塊和圖像識別測量模塊三部分組成。機械傳動模塊在硬件主要有X、Y水平工作臺，Z方向工作臺，伺服電機以及運動控制卡等組成。成像系統模塊主要由光源、顯微鏡頭、數字CCD相機和一臺高性能計算機組成。圖像處理模塊主要包括圖像預處理、邊緣檢測、幾何量測量模塊。

本發明具有以下特點和良好的效果：

基于工藝匹配的邊緣識別技術是區別現有技術的創新點之一。該技術通過對不同工件的邊緣過渡區進行提取，建立不同工件邊緣過渡區的數學模型，再從數學模型中根據加工特性確定邊緣點精確位置。該算法思想上考慮了實際加工特性的影響，算法上加入統計學方法，通過建立過渡區數學模型使邊緣檢測結果達到亞象素級。