基于计算机视觉的典型热态农机锻件几何参数测量研究

发布时间：2017-12-18 01:18

  本文关键词：基于计算机视觉的典型热态农机锻件几何参数测量研究

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【摘要】：农业机械的工作环境(尤其是田间作业机械)大部分都比较恶劣,所以要求其工作部件的机械性能较高,例如耙片、犁体、割刀等,这些零件的成形往往需要经过锻造加工。在锻造过程中由于磨损、压机变形、模具变形、偏载以及人工操作的主观性等原因导致锻造成品尺寸与模具设计尺寸不一致,所以在锻件生产过程中,及时对其尺寸进行测量和控制非常必要。犁体是耕地机械的重要基础件,尺寸测量是其生产制造过程中的关键技术环节。目前犁体尺寸的测量多为采用机械式量具的人工测量,测量误差大、周期长,劳动强度大,劳动条件差。计算机立体视觉具有三维、精密、实时、方便、高效、非接触、自动化、信息丰富、便于分析建模等优点。本文在分析国内外研究现状的基础上,针对农机生产过程中热态锻件尺寸测量难的问题,提出了基于计算机视觉和图像处理的测量方法,围绕犁体锻件的几何参数测量问题展开了深入研究。主要内容包括：(1)研究热态锻件图像的目标提取和边缘检测方法。针对热态锻件强光干扰和高温辐射对热态锻件目标提取的影响,研究了高温锻件在各种色彩空间中的图像特征,提出了基于色彩空间转换和动态阈值分割的目标提取方案；针对热态锻件氧化皮、烧蚀、烧伤、碳化等因素对热态锻件边缘提取的不利影响,分析了传统边缘检测算子中固定结构元素的缺点,研究了形态学结构元素的形状、尺寸、方向、权重对热态锻件边缘提取效果的影响,构造了多元、多尺度形态学边缘检测算子。实现了热态锻件图像的目标提取和边缘检测。(2)研究基于双目立体视觉的犁体轮廓检测方法。考虑到犁体轮廓对于犁体曲面设计、工作性能的影响及其在犁体锻件现场检验中的重要地位,将基于双目立体视觉的犁体轮廓测量引入到犁体锻件现场检测中。研究了计算机双目立体视觉的标定方法和三维检测算法,提出了二次校正的三维重构方法,开发了相应程序,实现了犁体轮廓的边缘提取、边缘重构、边缘拟合和数学描述,解决了犁体轮廓尤其是热态锻件犁体轮廓测量难的问题。(3)研究基于双目立体视觉和结构光的犁体样板曲线检测方法。由于犁体样板曲线是犁体曲面设计、制造、检测的重要依据,本文提出了双目视觉与结构光相结合的样板曲线测量方法,研究了结构光条纹中心的提取方法和三维重构算法,开发了相应程序。实现了犁体结构光样板曲线的光刀中心提取、重构、拟合和数学描述,解决了犁体样板曲线尤其是热态锻件犁体样板曲线测量难的问题。为犁体样板曲线的测绘、描述、设计、制造和检验提供了新的途径。并将这一思路拓展到其它特征曲线和性能曲线的检测中,包括翻土曲线、碎土曲线和等高线等。(4)研究基于结构光三维视觉的犁体曲面检测方法。根据结构光三维测量模型和标定原理,提出了基于主动视觉和平面靶标的“三步法”的线结构光标定方法,构建了基于被测物一维平移的线结构光三维测量硬件系统,研究了线结构光三维重构和测量算法,编写了完整的检测重构程序。系统抗干扰性强、结构简单、精度高、成本低,实现了犁体曲面的三维重构和拟合,解决了犁体曲面尤其是热态锻件犁体曲面测量难的问题,为犁体曲面的检验、测绘、描述、制造和设计提供了新的途径。(5)研究基于计算机视觉的农机热态锻件形位公差检测方法。形位公差包括平行度、圆度、垂直度、同轴度等,是工件质量检测的重要内容,也是热态锻件几何精度检测的难点。本文以农机(犁体附件)锻件中的直角连接板、半圆形护板为例,研究了基于计算机视觉的圆度和垂直度的检测方法和实现算法,开发了相应的程序。也为其它热态锻件形位公差的非接触在线实时测量提供参考。(6)最后以热态犁胫锻件的几何尺寸和热态半圆形护板的圆度公差为试验测量对象,在锻造现场,对基于计算机视觉的农机热态锻件几何参数测量系统的可行性、效率、精度、工作的可靠性和稳定性进行试验验证。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S220.6;TP391.41

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本文编号：1302270