摘要:把ccd計較機視覺手藝運用到圓軸類零件的圓度檢測,引見了一種可運用于工業現場在線、實時的ccd與計較機相聯合的視覺排氣閥的圓度誤差檢測試驗系統的檢測原理、系統硬軟件和精度剖析,并引見了試驗驗證結果。
1前言
圓度是氣門桿徑的一個基本外形參數。氣門閥一般采用周詳磨削方法加工,但在制作進程,因為不準確的扭轉和切削、不充足潤滑、對象磨損、機床零件的缺陷,和樂音、夾具定位等都邑影響工件的圓度。大多半傳統圓度等形位參數測量儀器都是接觸式的,如圓度儀、千分表或具有分度頭的徑向測量方法。圓度儀的成本高,價錢昂貴,操作情況前提的要求嚴厲,不能用于車間現場。今朝,坐標測量機cmm已被用到測量圓度誤差。雖然cmm測量正確度比力高,然則坐標測量進程異常耗時,特殊是測點多時更是如斯。所以,它也晦氣于現場實時大批測量中。總的來說,這些儀器關于軸類零件的圓度測量存在未便[wèi biàn]采集數據、難于安裝的問題。而采用ccd與計較機相聯合的視覺手藝不只[bù zhǐ]可以完成產物[chǎn wù]的非接觸檢測,還能以512x512的圖像采集卡在很短的時間內采集到大批的邊緣點。
絕對于人工檢測所固有的客觀性、易委靡、速度漫、成本高、強度大等缺陷,計較機視覺檢測施展闡發了其一致性、準確性、重復性等無與倫比的優點[2-6]。計較機視覺檢測手藝已逐漸運用到工業領域,研討開發計較機視覺檢測系統遭到了普遍注重。
今朝,基于計較機視覺的圓度檢測還只限于小零件的橫截面和零件上的孔的圓度測量。其測量原理是:經由過程ccd獲得零件的橫截面或孔的投影圖像,獲取圓輪廓,依據圓度誤差評價規范計較求得輪廓圓的參照圓(如lsc,mic,mcc或mzc)來計較圓度誤差,關于軸類零件用計較機視覺檢測圓度還未見報道。上面就引見在企業的資助下完成策動機氣門桿徑計較機視覺的圓度檢測試驗系統。
2系統引見
策動機氣門桿徑(如圖1)要檢測的部門是ab段的圓度。要檢測圓度的部門是屬于圓軸類的工件,要獲得ab段任一截面的投影圖像顯然是不成能的,所以想采用現有的獲取截面投影圖像并計較其輪廓參照圓的方法在軸類零件圓度檢測中行欠亨[qiàn hēng]。工業現場檢測圓度采用的方法,是用圓度儀、千分尺、游標卡尺等來測量,不管用哪類方法,都只能測得有限幾個截面的圓度經由過程比力處置所測的數據以代表整個ab段的圓度。這里采用計較機視覺的方法來檢測,不只[bù zhǐ]速度有極大的提高,而且可以獲得ab段所有分辯率精度的截面圓度,可以完成在線檢測。
在本研討中,測量氣門桿的圓度是經由過程ccd圖像傳感器獲取其正面圖像,提取氣門桿正面輪廓圖像,然后找到ab段輪廓,再經由過程半鏈碼方法計較ab段的每一個分辯率截面的直徑來計較圓度(這部門尚有文章引見)。這里采用的是工程現實中經常使用的“直徑法”測圓度的方法。工程中經常使用的這類方法只是一種近似的測量方法,次要原因是沒有斟酌截面圓心飄移的問題。所以,在這里是經由過程求氣門桿,中心的偏移來計較圓度,以改善直徑法的不足。本方法可以獲得圖像每一個分辯率截面的圓度來估量整個桿的圓度,從而也提高了工程現實中只是在抽樣檢測時只測有限兒個截面的圓度作為整個桿的圓度方法的精度。
上面就引見系統的原理及完成。
3氣門桿中心偏移檢測原理和系統模子
3.1檢測原理與系統
用計較機視覺測量桿徑軸中心點觸及到軸正截面中心點的三維坐標。這里采用圖2所示的方法。
由計較機圖形學相關原理和透視投影原理可求得圖像坐標系統與激光立體坐標系統之間的關系和激光立體坐標系統與世界坐標系統之間的關系:
個中d'是幀存儲器兩象素間的距離;dx是ccd圖像立體兩象素間的距離;dy是ccd圖像立體縱向兩象素的距離;ncx是ccd傳感器在x軸偏向(水平偏向)的象素數;nfx是計較機每行采樣的點數;xd是圖像立體上點的現實的橫坐標(有畸變);yd是圖像立體上點的現實的縱坐標(有畸變);sa是采樣系數,即sx=ncx/nfx;u和v分離是圖像幀存儲器的橫縱象素數;u0和v0分離是圖像中心坐標;f是鏡頭的焦距;k是鏡頭的徑向畸變系數,在這里沒有斟酌鏡頭的切向畸變,因為和切向畸變比擬,徑向畸變為影響工業計較機視覺精度的次要要素。
是激光立體坐標系到ccd攝影機坐標系的扭轉和平移轉換矩陣。
是激光立體坐標系到世界坐標系的扭轉和平移變換矩陣。
3.2計較圓弧中心
在現實測量中,激光立體與桿徑正訂交的圓弧在圖像立體上施展闡發為橢圓弧。假定橢圓弧中心世界坐標為c(xw,yw,zw),在激光立體中橢圓弧的中心坐標是c(xcs,ycs,0)。我們可以用方程(1)求得橢圓弧上任一點p的激光立體坐標p(xs,ys,0)。假如橢圓弧所在的橢圓用一般方程表現[biǎo xiàn]為:
如斯可以求得在激光立體內橢圓弧中心坐標c(xcs,ycs,0)。
個中
由(4)式求得c(xcs,ycs,0)后就可以依據式(2)求得橢圓中心點在世界坐標系下的坐標c(xw,yw,zw)。
3.3桿徑軸中心偏移估量
經由過程水平挪動桿徑或用多組ccd攝像機取得一組橢圓弧,用以上方法求得一組橢圓弧中心坐標,然后求出這組中心坐標的最小二乘擬合基線。我們以這條最小二乘擬合基線作為桿徑的基準軸線,求得每個中心點到這條基準軸線的偏移的平均值作為桿軸中心偏移估量,記為coffset。
4策動機氣門桿徑圓度檢測原理及系統
4.1檢測原理與系統
系統的原理圖如圖3所示。
我們采用鹵鎢燈作光源,讓它經由過程一透鏡匯聚成平行光束照耀被檢測桿徑,再經由過程一個物方遠心望遠光學系統將桿成像于ccd外表上。計較機取得圖像后就對圖像作預處置,包羅濾波、圖像朋分取得氣門桿徑ab段的邊緣輪廓線,然后用半鏈碼確定ab段每一個分辯率截面上邊緣點pti(x,y)和下邊緣點。這里只是桿徑每一個截面一個正面圖像,即只獲得每一個截面圓的一個直徑兩頭點坐標。再經由過程沿桿徑軸每隔n0扭轉一次取得其正正面圖像,扭轉的角度越小,精度就越高,但數據量就越大。這樣扭轉一周后可獲得每一個分辯率截面的一組直徑端點值ptij(x,y)和pdij(x,y).只需沿軸扭轉時不要偏移太多,依據對稱性共可獲得180應對截面直徑端點,所以0≤j<(180/n)-1。這一部門尚有文章具體引見。
4.2計較桿徑圓度誤差
上面應用半鏈法求得ab段每一個分辯率截面上下邊緣點坐標ptij(x,y)和和pdij(x,y),個中0<i<n-1,0≤j<(180/n)-1.
steel:令m=0>m表現[biǎo xiàn]沿軸線扭轉次數。計較ab段沿軸線偏向上該正面圖像每分辯率截面上邊緣點到下邊緣點的距離:
step2:計較ab段沿軸線偏向第m個正面圖像的每分辯率截面的半徑:
step3:沿軸線扭轉桿徑n°,經由過程ccd攝取桿徑正面圖像,當mn°<360°時,返回到steel執行,計較dij和rij,最初獲得一組半徑值rij:
step4:計較有軸中心偏移的各半徑估量值r':
step5:分離計較沿軸線每分辯率截面所得的180/n個半徑最大值與最小值之差:
這樣就可以把每一個ei看做每一個分辯率截面的圓度誤差。
step6:計較氣門桿徑ab段的圓度誤差:
因而就求得了桿徑的圓度誤差e。
5試驗結果
我們采用512x512圖像采集系統、主頻900的pc機,采用文獻[11]上鉤算機標定法,使用上面論說的方法對工生臨盆檢測后的100個氣門桿徑作圓度誤差視覺檢測,氣門桿徑的圓度公役為0.01mm。工場提供的100個氣門桿中有70個及格,30個不及格。用視覺系統檢測結果也是70個及格和30個不及格,與手工檢測的結果一致。每一個桿檢測時間均在350ms內完成。
為了論證試驗系統的精度不變性,分離測得70個及格的氣門桿的圓度誤差,應用式(11)計較圓度誤差的平均值
應用式(12)計較其規范差:
個中,e是氣門桿的圓度誤差,最初計較得出σ=0.015。
6結論
今朝,國際市場競爭力大大提高,計較機質量集成系統也是勢在必行,而關于圓軸零件的圓度檢測還沒有一種合適的方法。本文所提的方法不只[bù zhǐ]免去了工資要素的影響,還斟酌了軸中心偏移的問題,有較高的精度,而且合適于現場圓軸零件的圓度檢測和便于歸入計較機集成制作系統。