基于机器视觉的铆钉薄板几何参数测量系统研究

发布时间：2020-06-01 12:40

【摘要】：薄板零部件广泛应用在汽车制造、电器产品、精密仪器等工业领域,此类零部件具有厚度薄,孔形及孔分布位置常变化的特点,对其加工质量的测量与控制是重要的生产环节。本文结合具体应用需求,研究了一种用于识别铆钉薄板上分布孔形状并测量其几何参数的视觉测量系统,在实现对铆钉薄板几何参数测量的同时,为后续铆钉机送料装置自动化改造提供技术支持。依据需求,以单目机器视觉技术为基础,完成了铆钉薄板几何参数测量系统的设计。以铆钉机自动送料装置为基础,设计搭建用于获取铆钉薄板图像的视觉系统,其中包括工业相机、图像采集卡、镜头型号的选取,光源照明方式和薄板装夹平台背景的设计及视觉系统的标定;图像处理部分作为本文的核心内容,主要包括图像预处理、图像阈值分割、特征提取、孔形识别及参数提取算法的研究,首先图像预处理过程对图像所受干扰进行了分析和滤波处理,其次阈值分割及特征提取部分结合图像灰度分布规律,研究了包括灰度直方图法、迭代法及Otsu法在内的单阈值图像分割方法,根据分割图像的效率,确定采用Otsu方法对图像进行分割,并针对其分割过程中存在的将背景划分为目标的分割错误进行了具体研究,提出以图像连通域原理为基础的ROI提取算法,完成了图像的分割及特征提取,最后分析三种几何孔形在极坐标下的特征,在此基础上实现孔形的识别,利用质心法及不同孔形的面积几何关系,实现对铆钉薄板几何参数的测量。通过对具有不同孔形及尺寸孔的铆钉薄板图像的处理,验证本文所用的孔形识别、图像分割及孔几何参数提取算法的适用性,并分析影响处理结果的因素,结合测量系统所使用的环境,提出解决和改进方案。
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视觉测量,系统组成

西南科技大学硕士研究生学位论文第 6页视觉测量系统的整体设计单目机器视觉和双目机器视觉是机器视觉技术中常用的视觉测量技术，其目机器视觉多用于二维目标的测量和检测工作，依据相机的小孔成像原理进标的测量，常用于二维目标的非接触测量，是一种经济、快速的测量方法，机器视觉多用于三维目标的测量、计算机三维目标重建及空间点的定位等，利用与人眼看事物相近的原理进行工作[38-39]。本文研究的测量对象采用水平固定的方式布置且主要测量其二维平面上的几何参数，所以本文采用单目机觉技术进行测量系统研究。铆钉薄板几何参数测量系统主要由硬件部分和软件部分组成，硬件部分主括工件放置平台、工业相机、镜头、图像采集卡、光源、计算机等，软件部要涉及包括图像预处理、图像分割、ROI 提取、孔形识别及参数提取等各个模块，其中图像分割和孔形识别是重要研究内容。

示意图,薄板,示意图,装夹

所以采用直角定位的方式对其进行基准点的设置，如图2-2 所示，，将直角定位块的内直角的交点 A 设为中心坐标测量的参考点，直角定位块的定位误差为 0.05mm（以薄板和直角定位块之间的平行度误差衡量）。图 2-2 薄板定位示意图Fig.2-2 Diagrammatic Sketch of Thin Plate Positioning2.1.1.2 薄板放置背景设计铆钉薄板和装夹平台所用的材料颜色相近，所以薄板在送料装置上的放置方式如不合适，放置平台将对获取的薄板图像产生干涉，不便于后续对获取的图像进行处理，从而增加处理过程的难度，针对此种情况，在装夹平台和薄板之间增加一个黑色背景板，消除了装夹平台在获取薄板图像时产生的干扰，并且突出了板件的边缘和测量的目标孔，方便后续铆钉薄板的图像处理，背景设置如图 2-3所示。图 2-3 装夹平台背景设置Fig.2-3 Clamping Platform Background Setting
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG806;TP391.41

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