[发明专利]基于机器视觉技术的零件孔径尺寸测量方法

说明书

本发明涉及一种基于机器视觉技术的零件孔径尺寸测量方法，属于机器视觉测量技术领域。能够实现以上零件孔径尺寸的非接触测量。在标定CCD摄像机的内部参数和畸变系数后，将三根尺寸已知的相同小圆管插入零件孔内并拍摄图像，拟合小圆管端面的内、外边缘曲线；然后，用相邻小圆管重建世界坐标系，求出小圆管端面中心点的世界坐标，并据此解出世界坐标系和摄像机坐标系的变换关系；最后，由于零件孔边缘倒角会影响检测零件孔的边缘图像点，所以不采用拟合零件孔边缘曲线的方法，而是利用零件孔和小圆管的几何关系求出零件孔径尺寸。本发明利用机器视觉测量技术，采用在零件孔内放置三根尺寸相同小圆管的方法，实现零件孔径尺寸的非接触测量。

技术领域

本发明涉及机器视觉测量技术领域，特别涉及一种基于机器视觉技术的零件孔径尺寸测量方法。

背景技术

在重工、农机、汽车等机械行业中，有很多零件都带有孔，例如汽车的变速箱、机床的主轴箱、轴承座等等一般都带有不同尺寸的孔。带孔的零件在加工制造、表面热处理等过程会不可避免地出现不同程度的变形，从而使孔径尺寸出现较大的误差，这些变形或过大的误差若不能被有效精准地测量，在后续的精加工或装配过程中将会带来各种各样的问题，会直接影响产品的质量，甚至直接影响产品的废品率。所以，为了降低零件的废品率、提高成品率、节约加工和原材料的成本以及保证工件能够达到公差要求，快速、准确、有效地测量孔的直径尺寸是带孔零件加工过程中保证产品质量的重要工序，也是产品加工后进行质量检测的必要手段。

工业上现有主要的孔径测量方法按照测量装置是否与被测零件相接触进行划分，一般可分为接触测量方法和非接触测量方法。接触测量方法主要包括：卡尺测量法、螺旋测微器测量法、内径千分尺测量法和三坐标测量机测量法等方法，接触测量方法不仅工作强度大，而且效率低，不利于大范围推广。非接触测量方法一般是指基于光学原理的测量方法，主要包括机器视觉测量法、激光准直仪测量法、结构光测量法等方法。非接触测量方法与传统的接触测量方法相比，具有很多优点。非接触测量方法可以实时地将零件的信息反馈到控制系统，易于信息的集成和管理，能够实现智能测量。此外，非接触测量方法可用于长时间恶劣条件下的测量，也可用于无法进行接触情况下的测量。

机器视觉测量技术主要是利用物体的图像作为测量的载体，被测尺寸所在的物体表面就是成像平面，可以利用机器视觉中的边缘检测技术和摄像机的标定技术相结合完成高精度测量。用机器视觉测量技术测量孔径时，由于孔的特殊性使孔表面的外部参数不易标定，通常采用在孔表面粘贴面积较大标定纸的方法或用工装夹具使标定板和孔表面处于同一平面来进行标定，这些方法都会使标定的精度有所降低。在求解孔径尺寸时，一般采用拍摄孔表面图像，拟合孔边缘曲线的方法求出，但由于孔表面多带有倒角，被测孔边缘倒角会对检测孔边缘图像点产生影响，从而影响测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机器视觉技术的零件孔径尺寸测量方法，解决现有零件孔表面不易标定且精度不高，而且零件孔边缘存在的倒角结构使其边缘在成像照片中边界不清，导致零件孔径照片无法直接通过机器视觉中的边缘检测技术实现准确提取，从而造成现有应用机器视觉技术测量零件孔径尺寸的过程繁琐、效率低、精度差的技术问题。本发明通过测量三根小管端面圆中心点坐标的方法标定孔表面的外部参数，解决了孔表面的外部参数不易标定且精度不高的问题，再利用孔内各小管间的几何关系解出孔的直径尺寸，消除了被测孔边缘倒角对检测孔边缘图像点产生的影响，改善了测量精度，实现孔径尺寸的非接触测量。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

基于机器视觉技术的零件孔径尺寸测量方法，采用在零件孔内放置三根尺寸已知的相同小圆管的方式，实现了零件孔径尺寸的非接触测量，具体过程包括以下步骤：

步骤(1)设定世界坐标系I，建立孔径测量模型；

(1.1)设定理论图像平面和坐标系，先标定CCD摄像机的内部参数和畸变系数，然后保持CCD摄像机的位置不变，将零件孔水平放置并安装好；