發(fā)布時間：2020-03-30 11:05

【摘要】：伴隨著制造業(yè)的快速發(fā)展以及中國制造2025的提出,圓弧類工件層出不窮。如何實(shí)現(xiàn)智能化、創(chuàng)新化、綠色化以及準(zhǔn)確快速的圓弧輪廓的測量也成為亟待解決的問題。由于一些圓弧類工件形狀特殊,空間位置復(fù)雜,二維測量方法由于自身的局限性,難以測量出較為準(zhǔn)確的結(jié)果。雙目視覺三維測量以其非接觸、結(jié)構(gòu)簡單、精度高等優(yōu)點(diǎn),成為近幾年研究的熱點(diǎn)。本文擬對雙目視覺測量圓弧類工件輪廓的一系列方法進(jìn)行相關(guān)研究。本文的主要研究內(nèi)容包括:(1)針對圓弧類工件輪廓形狀特殊,空間位置復(fù)雜等問題,設(shè)計(jì)了一套完整的雙目視覺圓弧輪廓測量系統(tǒng)。通過分析雙目視覺的基本原理,首先搭建三維測量系統(tǒng)的硬件部分,其次完成了雙目視覺圓弧輪廓測量系統(tǒng)的軟件部分,最后完成了三維測量系統(tǒng)的精度實(shí)驗(yàn)和誤差分析。(2)針對圓弧類工件輪廓形狀特殊,輪廓特征提取較為困難等問題,本文根據(jù)工件圓弧邊緣輪廓的特點(diǎn),在Sobel算子進(jìn)行邊緣檢測的基礎(chǔ)上,進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)以提取圓弧邊緣輪廓。首先利用自適應(yīng)卷積運(yùn)算和DLBP紋理特征進(jìn)行歸一化處理后產(chǎn)生融合灰度值,進(jìn)而利用融合灰度值對Sobel算子檢測出的邊緣點(diǎn)進(jìn)一步篩選出邊緣輪廓點(diǎn);同時,對極坐標(biāo)分布直方圖進(jìn)行一般正態(tài)分布處理,一方面排除背景復(fù)雜時噪聲點(diǎn)的干擾亦能進(jìn)一步區(qū)分外輪廓特征和內(nèi)輪廓特征。(3)針對邊緣輪廓特征相似度高,匹配精度較低等問題,本文對形狀上下文匹配算法做相應(yīng)的改進(jìn),以保證邊緣輪廓點(diǎn)的匹配精度。首先引入DLBP紋理特征權(quán)重值,克服噪聲、光照變化等影響;其次提出聯(lián)合極線約束相似性度量,減少搜索空間的復(fù)雜度,增強(qiáng)算法實(shí)時性,同時使得匹配點(diǎn)對具有更高的精度。(4)針對傳統(tǒng)的空間圓弧擬合魯棒性低,且擬合精度不高等問題,本文提出了一種魯棒性較強(qiáng)的空間圓弧擬合方法。首先,以拉格朗日乘子法為基礎(chǔ),基于平面條件約束建立目標(biāo)函數(shù),從而得出直接針對空間圓弧擬合方程的方法;其次,采用RANSAC方法剔除錯誤跟蹤點(diǎn),將RANSAC的高穩(wěn)定性應(yīng)用到空間圓弧擬合的點(diǎn)云優(yōu)化中,進(jìn)而提高擬合精度。(5)本文介紹了攝像機(jī)各個坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系以及立體視覺模型,并完成了攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)的標(biāo)定以及立體標(biāo)定;同時針對數(shù)字圖像采集過程中,噪聲的干擾以及相機(jī)安放位置存在偏差等問題,本文對原始圖像進(jìn)行預(yù)處理工作,包括圖像立體校正、噪聲去除和圖像去背景。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:所搭建的系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性且測量精度較高,普通圓弧類工件輪廓測量的相對精度在0.003左右,復(fù)雜圓弧類工件測量的相對精度在0.01左右,系統(tǒng)的重復(fù)性精度在0.2mm以內(nèi),有較強(qiáng)的理論研究意義和工程實(shí)踐價值。
【圖文】：

圖 2-2 雙目視覺工件圓弧輪廓測量系統(tǒng)鏡頭統(tǒng)中，視覺圖像傳感器像素的計(jì)算公式為ONPR 個數(shù)；O為視場范圍；PR為像素分辨率。用于雙目視覺圓弧輪廓測量系統(tǒng)的攝 G E 1 的0 5 兩 0 C 臺 CCD 工 業(yè) 攝 像 機(jī) 。 該 攝nologies 公司研發(fā)生產(chǎn)的，其接口為 IEEE的產(chǎn)品性能。表 2-1 攝像機(jī)參數(shù)分辨率 光學(xué)尺寸 像素尺寸

第二章 圓弧類工件輪廓三維測量總體方案設(shè)計(jì)理；(2)削弱背景及外部環(huán)境的干擾，使得能夠采集到較為穩(wěn)定的圖本文系統(tǒng)中，選擇合適的光源加上正確的打光方式，，能夠獲得更高質(zhì)像信息，以便于后續(xù)圓弧輪廓特征提取以及立體匹配等操作，降低圖的復(fù)雜度從而增強(qiáng)本文測量系統(tǒng)的魯棒性及準(zhǔn)確性。今為止，最為常見的光源主要有熒光燈、氣體放電燈和 LEEmitting Diode )等。這幾類光源中，熒光燈主要用于日常照明；氣體在特定區(qū)域的照明中使用。眾多光源中LED燈優(yōu)點(diǎn)較多，其在較短達(dá)到穩(wěn)定光強(qiáng)，同時發(fā)光效率高且壽命較長。此外，LED燈光源的可以適應(yīng)不同場合的拍攝需要。總而言之，LED燈優(yōu)勢顯著且適用如圖 2-4 至圖 2-7 所示為機(jī)器視覺系統(tǒng)中常出現(xiàn)的LED光源，分別、環(huán)形光源、同軸光源和背光源等。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;TG83

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本文編號：2607470