[发明专利]利用二次曲线不变量的轴类零件直径尺寸在线测量方法

摘要

本发明公开了一种利用二次曲线不变量的轴类零件直径尺寸在线测量方法，其方法为：步骤一、标定CCD摄像机的内部参数及畸变系数；步骤二、标定一字线结构光平面及顶尖连线参数；步骤三、拟合透视投影椭圆方程；步骤四、计算被测轴的轴径尺寸；有益效果：采用此方法测量时，只需要保证CCD摄像机和激光器的相对位置关系不变即可，更利于实际应用；本发明采取了结构光视觉测量技术，因此能实现在线非接触测量，保证较高的测量精度和测量速度，对于长度小于200mm的轴类零件，其测量精度小于等于±0.01mm。能实现在线非接触测量，保证较高的测量精度和测量速度，对于长度小于200mm的轴类零件，其测量精度小于等于±0.01mm。

主权项

1.一种利用二次曲线不变量的轴类零件直径尺寸在线测量方法，其特征在于：其方法如下所述：/n步骤一、标定CCD摄像机的内部参数及畸变系数，标定CCD摄像机的内部参数，是基于摄像机平面标定算法，利用高精度标定板的不同姿态图像，标定出摄像机内部参数，以修正镜头畸变对图像造成的失真变形，提高尺寸测量精度，具体过程包括下列步骤：/n1)、把CCD摄像机和激光投射器固定在支架上，保持位置不变，关闭激光投射器，利用CCD摄像机采集九幅不同位姿的标定板图像；/n2)、使用摄像机标定工具箱检测出标定板图像中角点的亚像素坐标；/n3)、根据摄像机平面标定算法，利用检测得到的角点的像素坐标和世界坐标求解摄像机内参、畸变系数和外参的初值；/n4)、利用所有不同位姿的标定板图像中提取到的角点的像素坐标和世界坐标，对摄像机内部参数矩阵和畸变系数进行优化求精，采用列文伯格-马夸尔特法优化求解；/n步骤二、标定一字线结构光平面及顶尖连线参数，具体过程包括以下步骤：/n1)、将平面标定板和一张黑色打印纸并排平放且固定在同一平面上，构成一新标定板，打开激光投射器，使结构光的光线照射到黑色打印纸上，用CCD摄像机采集该标定板在不同位姿下的五幅图像；/n2)、基于平面标定法，利用新标定板每个位姿下的角点坐标，即：像素坐标和世界坐标，计算新标定板所在平面的外参，建立该位姿下平面上被测点的世界坐标与其像素坐标的对应关系；/n3)、通过光条中心线检测的方法得到光条中心点的亚像素坐标，利用步骤2)建立的关系，计算得到其对应的靶标平面上的目标点在摄像机坐标系下的坐标；/n4)、使用步骤3)方法计算得到的五幅图像中的光条中心点对应的目标点在摄像机坐标系下的坐标，利用最小二乘法拟合结构光平面方程；/n5)将步骤2)中的新标定板安装在两顶尖上，安装位置与被测轴一致，关闭激光投射器，用CCD摄像机采集新标定板在不同位姿下的两幅图像，根据角点坐标计算标定板所在平面方程，联立两个平面方程得到被测轴顶尖连线方程；/n步骤三、拟合透视投影椭圆方程，具体过程包括以下步骤：/n1)、保持CCD摄像机和激光器的位置不变，将被测轴夹持在两个顶尖之间，轴线与顶尖连线重合，假设轴不存在弯曲，即没有偏心，光平面与被测轴的剖面为空间椭圆，用CCD摄像机采集被测轴上的激光的光条图像；/n2)、将采集到的图像进行处理，提取光条中心线上点的亚像素坐标，计算该坐标对应点在相机坐标系下的坐标；/n3)、将步骤2)求得的光条中心点的坐标进行最小二乘拟合，求得光平面与轴相交形成的椭圆方程；/n步骤四、计算被测轴的轴径尺寸，具体过程包括以下步骤：/n1)、利用拟合得到的椭圆方程系数(a b c d e f)，按下面的关系计算二次曲线的三个不变量数值：/n D₃＝a+c/n这里：D1，D2，D3是二次曲线三个不变量的测量值；/n2)、根据线结构光视觉测量系统的标定参数，建立轴表面光条曲线(椭圆)方程系数的表达式：/n /n3)、利用步骤2)得到的椭圆方程系数的理论表达式，建立计算二次曲线(椭圆就是二次曲线)三个不变量的理论关系：/n /n /n /n4)、根据二次曲线不变量的数学性质，利用二次曲线三个不变量的测量值和理论关系，计算被测轴的直径：/n /n