[发明专利]基于机器视觉技术的零件孔径尺寸测量方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于机器视觉技术的零件孔径尺寸测量方法，其特征在于：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；(1.2)设定世界坐标系I，让世界坐标系I的原点与摄像机坐标系的原点重合，Z轴垂直于零件孔表面，X‑Y平面平行于零件孔表面；(1.3)在不标定零件孔表面外部参数的情况下，利用设定世界坐标系I的形成的条件，建立世界坐标系I和摄像机坐标系的变换关系方程，然后建立孔径测量模型；步骤(2)将三根尺寸已知的相同小圆管插入零件孔内使四者端面共面并拍摄端面图像，在理论图像平面拟合三根小圆管端面的内、外边缘曲线，由于没有标定零件孔表面的外部参数，所以先根据相邻小圆管重建世界坐标系，然后在新世界坐标系下根据相邻小圆管的位置关系求出三根小圆管端面中心点O₁、O₂、O₃的世界坐标，具体步骤如下：(2.1)准备三根尺寸已知的相同小圆管A、B、C，且其尺寸能够保证三根小圆管轻松放置在零件孔内；(2.2)将三根小圆管插入待检测的零件孔内，且三根小圆管和零件孔四者的端面共面，其中A为底部中间的小圆管，其两侧小圆管B和小圆管C由于重力作用均与小圆管A相外切；(2.3)用CCD摄像机采集放有三根小圆管的待检测零件孔端面图像一幅，并检测小圆管端面图像的内、外边缘点的亚像素坐标，然后在理论图像平面拟合三根小圆管的端面内、外边缘曲线方程；(2.4)取两根相邻小圆管A和B，在以其端面中心点O₁和O₂的连线为轴线的无穷多个平面束中，一定存在一个平面与理论图像平面垂直，将该平面与世界坐标系I的X‑Y平面的交线作为世界坐标系II的X轴方向，其余条件与世界坐标系I相同，新建世界坐标系II；(2.5)利用在世界坐标系II下小圆管A和B相外切的关系以及二次曲线不变量的特点，建立方程组求解两根小圆管A和B端面中心点O₁和O₂的世界坐标；(2.6)重复步骤(2.4)和(2.5)，以两根相邻的小圆管A和C同理建立世界坐标系III，并求得小圆管C的端面中心点O₃在世界坐标系III下的坐标；步骤(3)利用三根小圆管端面中心点的世界坐标和小圆管端面边缘曲线不变量的特点，求出世界坐标系和摄像机坐标系的变换关系；步骤(4)利用零件孔与三根小圆管的几何关系，求出零件孔径尺寸。