基于机器视觉的大尺寸板材测量方法研究
发布时间：2021-04-18 01:31
大尺寸板材是生产建设中不可或缺的工业原材料之一,广泛应用于飞机、船舶及大型机械设备等重大装备的制造和装配中,板材的精确测量是保证装备制造准确性的关键一步。随着机器视觉技术的飞速发展,基于视觉的测量系统以其非接触、高精度、速度快等优点,逐渐成为工业领域中一种重要的测量手段。本文针对大尺寸板材的余料管理、下料套料等,提出了一种基于机器视觉技术的板材平面尺寸测量方法。首先,本文设计了一套由三维机械臂和线扫描相机组成的测量系统,机械臂可在前后、左右、上下三个空间维度上运动,通过运动控制采集测量区域内完整清晰的大尺寸板材图像。其次,提出了一种面向线扫描相机的标定方法,通过对线扫相机成像原理的分析,在相机运动方向上选取特定视场作为标定区域,获取一定数量的标定板图像,根据图像上的特征点构造似然函数,结合Levenberg-Marquardt算法迭代求取最优解,计算出线扫相机的内外参数,并研究了相机扫描速度变化、标定板图像幅数变化对相机标定的影响。然后,分析了不同边缘检测算法及亚像素边缘计算模型,采用Canny边缘检测和灰度矩算法定位图像的亚像素边缘;利用多边形拟合算法经多次迭代,将板材边缘分割为一定...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１常见的板材加工件??
它是工业中不可或缺的重要生产原料［１］。板材按材质可分为钢板、合??金板、铜板、不锈钢板等多种类型，不同类型的板材经切割加工后可用于生产各??种不同种类的工业品，图１－１展示了三种工业中常见的板材加工件。??？??丨ｉｍ??（ａ）钢板切割件?（ｂ）金属零件?（ｃ）黄铜加工件??图１－１常见的板材加工件??随着制造业工艺水平的逐渐提高，大尺寸板材的应用领域不断扩大，其形状??也越来越复杂。无论在日常生活中还是医疗、军事等尖端科技中，大尺寸板材的??使用越来越广泛，加工精度要求也越来越高。因此，如何简单高效的对大尺寸板??材的进行精确测量，是目前工业生产中急需解决的问题。??在测量领域中，按照是否需要与被测物表面直接接触，大尺寸板材的测量方??法可分为接触测量、非接触测量两大类［２］。接触测量是指传统的使用量具直接接??触板材表面，通过刻度得出某段直线或弧线的长度，常用的传统测量方法如图１－??２所示。传统测量方法很难对大尺寸板材的内轮廓进行精确高效的测量：如通过??卷尺、钢尺、卡尺等工具人工测量，不仅效率低下、准确度差，而且对于复杂的??不规则形状无法测量；关节臂、三坐标测量机等点测量工具虽然精度高
２．１．１系统组成??本章设计了?一套三维机械臂结构用于对大尺寸板材进行测量，包括底座支架、??机械臂、驱动装置、采集装置，图２－１为结构示意图，图２－２为实物图。底座为??带有８个福马轮的长方体支架，用于支撑、方便移动。支架两侧附有滑轨，可供??机械臂１滑动（第一维度），机械臂１底端附有支架，用于固定线阵光源，且机械??臂１本身作为滑轨，可供其上安装的纵向机械臂２滑动（第二维度），机械臂２也??作为滑轨，供机械臂３滑动（第三维度），机械臂３上安装有连接架，可上下移动，??线扫相机则固定在连接架上，根据视场的大小调整高度。同时配合光电传感器的??控制，实现机电一体化，达到设备扫描采图运行的平稳、可靠、安全和高效。??连接架??线阵光源机械臂１机械臂２?＾?线扫相机??福马轮?底座??图２－１三维机械臂示意图??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Sobel算子的工件圆弧轮廓特征提取[J]. 化春键,熊雪梅,陈莹. 激光与光电子学进展. 2018(02)
[2]相机标定关键设备对标定精度的影响分析[J]. 郑冬梅,宋文爱. 图学学报. 2017(02)
[3]大尺寸重型燃机叶片三坐标测量方法[J]. 张琼元,杨功显,赵代银,邓凉虹. 东方汽轮机. 2016(03)
[4]一种改进的最小二乘平面拟合算法[J]. 李伟,孙元超,李宗春,王永强,郭风成. 测绘科学. 2017(01)
[5]基于灰度矩的脉搏图像亚像素特征点提取研究[J]. 张爱华,杨莉苹,林冬梅. 计算机工程与应用. 2017(08)
[6]大锻件尺寸在线测量技术的研究[J]. 杨延竹,陈能洁,朱炜,盛佳伟,齐亮,马贺贺,张茂松. 锻压技术. 2015(01)
[7]一种改进的灰度矩亚像素边缘定位方法[J]. 刘文涛,陈忠,张宪民. 测试技术学报. 2014(06)
[8]基于三维激光扫描的移动大尺寸圆柱体工件长度快速检测系统[J]. 周森,郭永彩,高潮,吴小燕. 光学精密工程. 2014(06)
[9]线阵相机的目标探测性能分析[J]. 李静,刘娟. 计算机与数字工程. 2014(03)
[10]大尺寸工件的测量特性[J]. 崔丽娟,杨金岭. 制造技术与机床. 2013(10)
博士论文
[1]基于几何基元的点模型处理关键技术研究[D]. 刘光帅.西南交通大学 2012
[2]计算机视觉中的相机标定相关问题研究与应用[D]. 周东生.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]亚像素边缘检测技术研究[D]. 张美静.沈阳理工大学 2013
[2]混凝土裂缝图像测量系统研究与开发[D]. 吴欢欢.南京航空航天大学 2009
本文编号：3144532
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１常见的板材加工件??
它是工业中不可或缺的重要生产原料［１］。板材按材质可分为钢板、合??金板、铜板、不锈钢板等多种类型，不同类型的板材经切割加工后可用于生产各??种不同种类的工业品，图１－１展示了三种工业中常见的板材加工件。??？??丨ｉｍ??（ａ）钢板切割件?（ｂ）金属零件?（ｃ）黄铜加工件??图１－１常见的板材加工件??随着制造业工艺水平的逐渐提高，大尺寸板材的应用领域不断扩大，其形状??也越来越复杂。无论在日常生活中还是医疗、军事等尖端科技中，大尺寸板材的??使用越来越广泛，加工精度要求也越来越高。因此，如何简单高效的对大尺寸板??材的进行精确测量，是目前工业生产中急需解决的问题。??在测量领域中，按照是否需要与被测物表面直接接触，大尺寸板材的测量方??法可分为接触测量、非接触测量两大类［２］。接触测量是指传统的使用量具直接接??触板材表面，通过刻度得出某段直线或弧线的长度，常用的传统测量方法如图１－??２所示。传统测量方法很难对大尺寸板材的内轮廓进行精确高效的测量：如通过??卷尺、钢尺、卡尺等工具人工测量，不仅效率低下、准确度差，而且对于复杂的??不规则形状无法测量；关节臂、三坐标测量机等点测量工具虽然精度高
２．１．１系统组成??本章设计了?一套三维机械臂结构用于对大尺寸板材进行测量，包括底座支架、??机械臂、驱动装置、采集装置，图２－１为结构示意图，图２－２为实物图。底座为??带有８个福马轮的长方体支架，用于支撑、方便移动。支架两侧附有滑轨，可供??机械臂１滑动（第一维度），机械臂１底端附有支架，用于固定线阵光源，且机械??臂１本身作为滑轨，可供其上安装的纵向机械臂２滑动（第二维度），机械臂２也??作为滑轨，供机械臂３滑动（第三维度），机械臂３上安装有连接架，可上下移动，??线扫相机则固定在连接架上，根据视场的大小调整高度。同时配合光电传感器的??控制，实现机电一体化，达到设备扫描采图运行的平稳、可靠、安全和高效。??连接架??线阵光源机械臂１机械臂２?＾?线扫相机??福马轮?底座??图２－１三维机械臂示意图??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Sobel算子的工件圆弧轮廓特征提取[J]. 化春键,熊雪梅,陈莹. 激光与光电子学进展. 2018(02)
[2]相机标定关键设备对标定精度的影响分析[J]. 郑冬梅,宋文爱. 图学学报. 2017(02)
[3]大尺寸重型燃机叶片三坐标测量方法[J]. 张琼元,杨功显,赵代银,邓凉虹. 东方汽轮机. 2016(03)
[4]一种改进的最小二乘平面拟合算法[J]. 李伟,孙元超,李宗春,王永强,郭风成. 测绘科学. 2017(01)
[5]基于灰度矩的脉搏图像亚像素特征点提取研究[J]. 张爱华,杨莉苹,林冬梅. 计算机工程与应用. 2017(08)
[6]大锻件尺寸在线测量技术的研究[J]. 杨延竹,陈能洁,朱炜,盛佳伟,齐亮,马贺贺,张茂松. 锻压技术. 2015(01)
[7]一种改进的灰度矩亚像素边缘定位方法[J]. 刘文涛,陈忠,张宪民. 测试技术学报. 2014(06)
[8]基于三维激光扫描的移动大尺寸圆柱体工件长度快速检测系统[J]. 周森,郭永彩,高潮,吴小燕. 光学精密工程. 2014(06)
[9]线阵相机的目标探测性能分析[J]. 李静,刘娟. 计算机与数字工程. 2014(03)
[10]大尺寸工件的测量特性[J]. 崔丽娟,杨金岭. 制造技术与机床. 2013(10)
博士论文
[1]基于几何基元的点模型处理关键技术研究[D]. 刘光帅.西南交通大学 2012
[2]计算机视觉中的相机标定相关问题研究与应用[D]. 周东生.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]亚像素边缘检测技术研究[D]. 张美静.沈阳理工大学 2013
[2]混凝土裂缝图像测量系统研究与开发[D]. 吴欢欢.南京航空航天大学 2009
本文编号：3144532
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