航天密封圈视觉成像及缺陷检测技术研究

发布时间：2020-03-27 00:58

【摘要】：O形密封圈属于柔性零件,受力会发生变形,在航天器、航空器等可靠性要求较高的使用场合,需要对其尺寸及表面缺陷进行严格的测量和检测。目前,行业里通行的做法是采用人工目测,这种方法存在着测检效率低、结果不稳定等缺点。本文研究航天密封圈的视觉成像及缺陷检测技术,就是为了解决这些问题。利用机器视觉技术检测航天密封圈的表面缺陷,由于航天密封圈表面存在高亮区域,高亮区域的存在造成缺陷处的像素值趋近于饱和,使得缺陷难以被检测到。为了避免密封圈表面的高亮区域给缺陷检测带来的不利影响,论文依据曲面恢复原理,通过采集多张二维图像计算出密封圈表面的高度信息,实现密封圈表面的三维重建,最后通过判定像素点的高度来对缺陷进行检测。论文首先论述基于光度立体视觉理论的三维重建方法,接着指出,在O形密封圈的高亮区域处,此方法计算所得的高度值大于真实值。结合曲面恢复原理可以推出,光度立体视觉计算出的密封圈高亮区域处的法向量与真实值不符。为了获得更加准确的表面法向量,使用改进的投票算法来计算法向量。改进的投票算法根据:当光源旋转时,物体表面上固定一点的反射强度中的漫反射强度与光源旋转角服从正弦曲线规律。基于霍夫变换原理确定每一像素点所对应的正弦曲线,通过正弦曲线的参数计算得到每一像素点所对应的表面法向量。然后绘制高亮材质球对改进的投票算法计算出的法向量值进行验证。接着,对表面带有高亮区域以及不带高亮区域的两组密封圈进行仿真研究,分析光度立体视觉与改进的投票算法在求解法向量时的区别,对比高亮区域的高度突变处法向量的前后变化,分别绘制二者恢复出的密封圈截面高度值曲线进行比较。最后,搭建光学暗室图像采集系统,采集实际O形密封圈序列图像,通过改进的投票算法计算表面法向量,对密封圈进行三维重建,利用表面高度信息进行缺陷检测研究。通过本文的研究,可以避免航天密封圈的表面高亮区域给缺陷检测算法带来的不利影响,实现对缺陷的三维检测。
【图文】：

立体角,表面,球面度,辐照度

表面微单元逡逑图２．１表面微单元必对应的立体角逡逑如图２．１所示，有表面微单元办，其所对应的立体角为私），若以ｃｙ来表示逡逑立体角的大小，则有：逡逑，逦７，邋ｄＡ邋？ｃｏｓ邋９逦，逦、逡逑ｄｃｏ邋＝邋ｄＡ＾邋＝逦逦逦邋（２．１）逡逑ｒ逡逑其中，立体角的单位为球面度（ｓｔｅｒａｄｉａｎ），通常以简写ｓｒ来表不，一般将逡逑必？邋ｃｏｓ邋０称为透视缩短面积。逡逑我们将物体表面接受到的光能称之为辐照度（ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ），而将物体表面发逡逑７逡逑

分析图,辐射度,亮度,光源

ｄＡ－（ｄ0｝－ｃｏｓ邋９）逡逑其中，光线的出射发向表示为出，表面法线方向与光线出射方向的夹角为６＞，逡逑如图２．２所示。辐射度的定义是单位立体角单位透视缩短面积上出射的光能功率。逡逑辐射度的单位为（瓦特／邋（平方米□球面度））。逡逑ｄｏ逡逑ｆ邋ｊ＼逦、、、逡逑Ｉｄ逡逑，伙］、、私，＼ｆ＼、ｉ邋；逡逑Ｉ邋／逦＼逦＼逡逑＼邋ｊ逦＼）逦／逡逑图２．２辐射度的定义逡逑通常辐射度都是指光源的亮度。假设有一束入射方向为叫的光线，它的亮逡逑度为１，，（０），这里的入射指的是以物体为参考对象，即光线入射到物体表面。由逡逑式（２．３），光线从《，方向入射到物体表面点的微功率为：逡逑ｄ２＜ｔ＞邋－邋Ｌｊ｛ｃｏｊ）ｃｏ？，ｄｉ邋－ｄＡ邋■ｄｃｏｊ逦（２．４）逡逑（２）图像灰度与光辐射度逡逑下面分析图像的灰度值与光辐射度Ｚ，的关系。逡逑８逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V46;TP391.41

【参考文献】