[發(fā)明專利]基于機器視覺的大長徑比軸類零件直線度誤差檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110419626.2
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102519400A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝飛;史金飛;朱松青;張志勝;陳茹雯;韓延祥
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué);南京工程學(xué)院
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 蔣海軍

1.一種基于機器視覺的大長徑比軸類零件直線度誤差檢測方法，其步驟為：

(1)標(biāo)準(zhǔn)件安裝：

標(biāo)準(zhǔn)件等高安裝多組，所有標(biāo)準(zhǔn)件的對應(yīng)邊相互平行，兩標(biāo)準(zhǔn)件的幾何尺寸以及標(biāo)準(zhǔn)件之間的位置關(guān)系采用常規(guī)的高精度檢測工具測量獲得；

(2)相機安裝：

確保成像平面與標(biāo)準(zhǔn)件的上表面平行，并且相機能沿被測軸的軸線方向和垂直于工作臺面方向移動；

(3)工件安裝：

將被測軸置于視場內(nèi)，調(diào)整位置，使被測軸的軸線與標(biāo)準(zhǔn)件邊平行或垂直；

(4)圖像采集：

當(dāng)相機處于第i個采樣點處，調(diào)整相機位置，使得相機到被測軸的距離為D₁，采集1幅圖像，記為image_1i，調(diào)整相機位置，使得相機到被測軸距離為D₂，再采集1幅圖像，記為image_2i；沿被測軸軸線方向移動相機到下一個采樣點i+1處，調(diào)整相機位置，使得相機到被測軸的距離為D₁，采集1幅圖像，記為image_1i+1，調(diào)整相機位置，使得相機到被測軸距離為D₂，再采集1幅圖像，記為image_2i+1，如此沿軸線方向移動相機，直至到最后一個采樣點，完成整個軸線方向上圖像序列的采集，其中，D₁和D₂是兩個未知的變量，但是D₁和D₂之間的差值是已知量；

(5)圖像處理：

image₁序列圖像中第i幅圖像處理，采用Harris角點提取算法提取兩標(biāo)準(zhǔn)件的8個角點，用Canny邊緣提取算法提取軸的輪廓邊緣；image₂序列圖像中第i幅圖像處理，采用Harris角點提取算法提取兩標(biāo)準(zhǔn)件的8個角點，用Canny邊緣提取算法提取軸的輪廓邊緣；

(6)建立坐標(biāo)系統(tǒng)：

image₁圖像序列中標(biāo)準(zhǔn)件上最左下角的角點為坐標(biāo)原點，x軸平行于軸線，y軸垂直于軸線，z軸垂直于工作臺面；

(7)計算圓心位置坐標(biāo)：

在序列圖像image_1i的被測軸輪廓上取2個點，保證2個點在垂直于軸線方向上圖像坐標(biāo)相同，在序列圖像image_2i的被測軸輪廓上取2個與image_1i中的點相對應(yīng)的點；根據(jù)小孔成像原理、上述所取的4個點共圓、光心與輪廓點所確定的直線和輪廓點與圓心所確定的直線垂直、相機移動的距離|D₁-D₂|4個條件，計算得出圓心位置坐標(biāo)；

(8)統(tǒng)一坐標(biāo)：

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件之間的安裝尺寸關(guān)系，將上述計算得到的坐標(biāo)統(tǒng)一到同一個坐標(biāo)系下；

(9)根據(jù)截面的圓心坐標(biāo)，利用直線度評定方法，計算直線度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器視覺的大長徑比軸類零件直線度誤差檢測方法，其特征在于：步驟(7)中計算圓心位置坐標(biāo)時建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，當(dāng)相機處于1#位置處時，被測軸輪廓上的對稱點p₉和p₁₁成像；當(dāng)相機處于2#位置處時，被測軸輪廓上的對稱點p₈和p₁₀成像，標(biāo)準(zhǔn)件上坐標(biāo)原點及p_i(i＝1，2，3，…，7)的8個角點間的距離是已知的參數(shù)，再根據(jù)小孔成像原理、p_i(i＝8，9，10，11)4點共圓、O_cp₈⊥p₈o、O_cp₉⊥p₉o、相機從1#位置到2#位置移動的距離，已知這些條件建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型如下：

O_w-X_wY_wZ_w為世界坐標(biāo)系，O_c-X_cY_cZ_c為相機坐標(biāo)系，1#、2#為相機所處兩個位置，o為軸某處截面圓的圓心，p_i(i＝1，2，3，…，11)坐標(biāo)分別為：p₁(x₁，0，0)，p₂(x₁，y₂，0)，p₃(0，y₂，0)；p₄(x₄，y₄，0)，p₅(x₅，y₄，0)，p₆(x₄，y₆，0)，p₇(x₅，y₆，0)；p₈(x₈，y，z₈)，p₉(x₉，y，z₉)，p₁₀(x₁₀，y，z₁₀)，p₁₁(x₁₁，y，z₁₁)；

當(dāng)相機處于1#位置時，相機光心O_c到圓心o距離為D₁，當(dāng)相機處于2#位置時，相機光心O_c到圓心o距離為D₂，并假設(shè)圓心在世界坐標(biāo)系下坐標(biāo)為o(x，y，z)，則有：

x₉+x₁₁＝2x?????????????????????????????(1.1)

z₉＝z₁₁????????????????????????????????(1.2)

a→1(x9-x,0,z9-z+D1)·b→1(x9-x,0,z9-z)=0---(1.3)]]>

fdx·(x9-x)/(z9-z+D1)-fdx·(x11-x)/(z11-z+D1)=C1---(1.4)]]>

β‾x1=fdx·1-z+D1---(1.5)]]>

β‾y1=fdy·1-z+D1---(1.6)]]>

x₈+x₁₀＝2x?????????????????????????????(1.7)

z₈＝z₁₀????????????????????????????????(1.8)

a→2(x8-x,0,z8-z+D2)·b→2(x8-x,0,z8-z)=0---(1.9)]]>

fdx·(x8-x)/(z8-z+D2)-fdx·(x10-x)/(z10-z+D2)=C2---(1.10)]]>

(x₈-x)²+(z₈-z)²＝(x₉-x)²+(z₉-z)²????????????????????????(1.11)

D₁-D₂＝C????????????????????????????????????????????????(1.12)

β‾x2=fdx·1-z+D2---(1.13)]]>

β‾y2=fdy·1-z+D2---(1.14)]]>

其中，為直線O_cp₉方向，為直線p₉o方向，為直線O_cp₈方向，為直線p₈o方向；C₁為p₉點的像到p₁₁點像之間的距離；C₂為p₈點的像到p₁₀點像之間的距離；為當(dāng)相機處于1#位置處時，沿X_c軸方向測量比，由兩標(biāo)準(zhǔn)件平行于X_c軸的4條邊的長度與其對應(yīng)像的長度的比值所確定，為當(dāng)相機處于1#位置處時，沿Y_c軸方向測量比，由兩標(biāo)準(zhǔn)件平行于Y_c軸的4條邊的長度與其對應(yīng)像的長度的比值所確定，為當(dāng)相機處于2#位置處時，沿X_c軸方向測量比，由兩標(biāo)準(zhǔn)件平行于X_c軸的4條邊的長度與其對應(yīng)像的長度的比值所確定，為當(dāng)相機處于2#位置處時，沿Y_c軸方向測量比，由兩標(biāo)準(zhǔn)件平行于Y_c軸的4條邊的長度與其對應(yīng)像的長度的比值所確定；C為相機從1#位置到2#位置所移動過的距離；f為相機的焦距；dx是像素在X方向上的尺寸，dy是像素在Y方向上的尺寸；

聯(lián)立式(1.1)～式(1.14)，即為本測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)該測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，計算得出圓心位置坐標(biāo)。