微小孔径工件的内壁视觉检测系统研究

发布时间：2020-06-11 21:48

【摘要】：随着科技的发展,以微小孔为特征的精密工件在生产和生活中的各个领域都得到了广泛的发展和应用,发挥着举足轻重的作用,微小化已经成为现代化装备发展的发展趋势。但是小孔径工件的表面缺陷检测却十分困难,尤其是工件内壁的检测方法,因为测量空间小、光照环境差等原因,一直以来都是一个难题。实现对小孔径微深孔工件的高精度检测方法的研究,对该领域精密测量技术的发展有重大意义。本文分析了微小孔径工件检测技术发展现状,提出了一种基于光学反射的内壁视觉检测方法。该方法将特制的复合反射镜放置在工件内腔,在光源充分照明的条件下,将内壁的图像反射到相机中进行数字图像处理,实现了机器视觉技术在微小孔径工件内壁检测中的应用。本文在建立了成像模型的基础上,对图像获取和处理的方法进行了研究,并完成了系统的结构设计。重点分析了照明光源在视觉检测系统中的作用,通过理论计算和实验仿真,确定了适合本系统的光源型号、照明方式和工作距离。对系统的同轴对准和相机连续拍照问题进行了研究,设计了相关处理方法。提出了一种像素当量标定方案,通过对检测系统的标定,建立了成像系统中相机图像像素和工件实际物理尺寸之间的对应关系。本课题最终结合旋转平台和升降台初步搭建了微小孔径工件的内壁缺陷检测系统,实现了对2-5mm直径的小孔工件内壁视觉检测,可以获取完整展开图像,并且达到优于10μm的分辨力。系统的建立验证了方案的可行性,解决微小孔径工件内壁缺陷检测的难题。
【图文】：

微机械,微机械零件,精密制造技术

上海交通大学硕士学位论文第一章绪论题研究背景着科学技术的发展，微纳米加工和精密制造技术不断进步，微机械微小孔型为特征的零件在电力电子、医疗器械、国防科技、航空航天了广泛的应用[1-3]，并发挥着举足轻重的作用，如飞行器的散热管、交换管中都分布着大量不同尺寸的小孔径元件。同时微机械零件的加状、表面质量、可靠性等方面有着越来越高的要求[4-6]，微小化已经备发展的发展趋势[7]。

原理图,轮廓测量,深孔,原理

伦敦国王学院的 Duran. O[19]等将激光调整成宽光带的光环投射到待测管由 CCD 相机采集内壁的光环图像，然后通过软件处理判断缺陷是否存在大学的 Zhang. H[20]等人基于镜面反射的原理，设计了一个可以自由旋转头，利用 CCD 相机和步进电机驱动装置移动获取管内壁的图像信息。从早期的标准影像内窥镜、光纤内窥镜发展到目前的电子视频内窥镜，径尺寸已经可制造低至几毫米，如日本奥林巴斯公司的 IPLEX 系列、通 XL 系列等最细的探头可以达到 2mm 以下，能够满足 5mm 以内的小尺工件的检测，长春理工大学的王蕾等人[21]就利用内窥镜的测量原理设计装置提取小孔内表面的图像。但内窥镜不同景深位置的图像放大率不一定程度上会导致图像失真，，不能达到微米级别的分辨率，而且微型的工的造价非常昂贵。在国内，北京理工大学的冷惠文等人[22]也进行了相关研究，他们以激光用锥面反射镜结构构建圆形结构光，基于主动三角法测量原理重构了较孔类零件内壁的三维信息，其简单的结构示意图如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG806;TP391.41

【参考文献】