轴类工件视觉精密测量关键方法的研究

发布时间：2020-08-26 19:26

【摘要】：随着工业自动化的不断推进,汽车、医疗、消费等行业对产品质量提出了新的要求。轴类工件作为各行业产品的核心部件,其加工精度直接影响自动化机械设备的运行状态和使用寿命,特别是在精密仪器中,轴的尺寸精度要求往往达到微米级。由于我国在轴类工件精密测量方面仍然存在明显不足,因此加剧了我国企业对国外技术的依赖,尤其在角点和R角定位方法方面与国外差距甚远,因此,深入研究角点和R角定位方法具有重要意义。针对轴类工件表面毛刺、油污等附着物对视觉测量中角点检测的干扰问题,提出一种基于曲率与灰度复合的角点亚像素定位方法。该方法对图像感兴趣区域(Region of Interest,ROI)进行形态学和双边滤波等预处理,消除毛刺和部分油污等附着物;根据曲率特性检测候选角点,利用角点处曲率角的多尺度不变性进行伪角点的预筛选,利用以角点为圆心的圆形窗口内灰度信息进一步排除伪角点,实现角点粗定位;根据粗定位角点和区域端点的连线,对原始图像的边缘点进行筛选,并对筛选后的边缘点进行最小二乘直线拟合,实现角点精准定位。实验表明,该方法有效克服了轴类工件表面附着物对角点检测的干扰问题,且角点定位算法的重复性达到0.005mm,准确度达到0.004mm。针对轮廓附着物对视觉测量中R角检测的干扰以及短圆弧拟合不稳定的问题,提出一种基于Snake模型和迭代极性转换回归(Polarity Transformation Regression,PTR)结合的圆弧拟合方法。首先对图像感兴趣区域进行预处理;利用Canny算子进行边缘提取,实现边缘的初定位;然后通过Snake模型对边缘进行优化;采用Zernike正交矩获取亚像素级边缘点;最后通过迭代PTR算法实现R角中心的精确定位。实验表明,该方法有效克服了轴类工件表面附着物对R角检测的干扰问题,提高了R角定位算法的重复性和准确度,其定位精确度达到0.005mm,准确度达到0.0034mm;半径拟合精确度为0.002mm,准确度为0.006mm。为验证测量系统的综合性能,利用线阵相机、远心镜头、和平行背光搭建轴类工件视觉检测系统,对多个电机轴的多个检测项进行测试分析,从静态和取放两种条件下获取待测件图像,统计静态图像结果的极值计算出系统测量精确度,统计取放图像结果与真实值的误差最大值计算出系统测量准确度,最后对比实验结果,分析其综合测量精确度、准确度以及误差因素。实验表明,轴类测量系统的平面尺寸测量的精确度达到0.007mm,准确度达到0.05mm,满足客户的检测要求。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;TH133.2
【图文】：

光学测量仪,数显,瑞士,测量仪器

江南大学硕士学位论文利 Vici Vision 公司、瑞士 Sylvac 公司、德国 Hommel 等公司提供[5]。这些老牌的自动测量系统商不断革新自己的技术，不断地推出各类先进的轴类光学自动测量系统。意大利 Vici Vision 公司有着 37 年的光学测量机的研发经验，其产品可直接用于生产车间，操作简单。该公司生产的轴类测量仪的种类繁多，如 MTLX5，其外观如图 1所示，应用于测量牙科移植物部、生物医学部件、手表部件、细小机械零部件的测量MTL300/500Evo、MTL850/1250Ergon、MTL500/850/1250X-Stream 等光学轴类测量仪应用于凸轮轴测量、曲轴测量、传动轴测量、半轴测量、驱动轴测量、涡轮叶片测量、电机轴测量、液压轴和活塞测量。该公司研发的测量系统根据轮廓投影原理进行检测，其测量项目包括直径、半径、长度、角度、点到线或点到点距离、对称度、平行度、垂直度、螺纹等尺寸测量；也包括旋转直径、圆角、同轴度、同心度、圆柱度[6]等形位公差测量。由于该系统是多项检测系统，全部检测项的测量在几秒至几十秒内完成，是节约时间和劳动力的有效工具，且避免人工测量的主观性。此测量仪的各方面已达到行业领先水平，一致被认为是增加产量，提高生产效率，减少次品的最好途径。

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图 1-2 SYLVAC SCAN 52 光学轴类扫描仪图 1-3 测量原理图德国 Hommel 公司生产的轴类工件综合测量仪，其影像系统包括至少一个高分辨CD 传感器，半导体 LED 照明光源以及高质量远心镜头，其设备如图 1-4 所示，它光电阴影成像原理全自动探测待测量工件。Hommel 光学轴类测量仪[7]产品种类丰富用户提供了众多测量和分析的可能，也可以根据用户需求给予静态、倾斜或动态测量能按需集成到生产线上用于自动测量。该公司生产的轴类工件综合测量仪在软件架面设计合理，不仅拥有美观的界面并且操作方便，具有多种功能方便不同的用户使用且对新推出的版本的测量软件进行了优化，使测量仪不断满足用户的需求。

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