摘要:把ccd计较机视觉手艺运用到圆轴类零件的圆度检测,引见了一种可运用于工业现场在线、实时的ccd与计较机相联合的视觉排气阀的圆度误差检测试验系统的检测原理、系统硬软件和精度剖析,并引见了试验验证结果。
1前言
圆度是气门杆径的一个基本外形参数。气门阀一般采用周详磨削方法加工,但在制作进程,因为不准确的扭转和切削、不充足润滑、对象磨损、机床零件的缺陷,和乐音、夹具定位等都邑影响工件的圆度。大多半传统圆度等形位参数测量仪器都是接触式的,如圆度仪、千分表或具有分度头的径向测量方法。圆度仪的成本高,价钱昂贵,操作情况前提的要求严厉,不能用于车间现场。今朝,坐标测量机cmm已被用到测量圆度误差。虽然cmm测量正确度比力高,然则坐标测量进程异常耗时,特殊是测点多时更是如斯。所以,它也晦气于现场实时大批测量中。总的来说,这些仪器关于轴类零件的圆度测量存在未便[wèi biàn]采集数据、难于安装的问题。而采用ccd与计较机相联合的视觉手艺不只[bù zhǐ]可以完成产物[chǎn wù]的非接触检测,还能以512x512的图像采集卡在很短的时间内采集到大批的边缘点。
绝对于人工检测所固有的客观性、易委靡、速度漫、成本高、强度大等缺陷,计较机视觉检测施展阐发了其一致性、准确性、重复性等无与伦比的优点[2-6]。计较机视觉检测手艺已逐渐运用到工业领域,研讨开发计较机视觉检测系统遭到了普遍注重。
今朝,基于计较机视觉的圆度检测还只限于小零件的横截面和零件上的孔的圆度测量。其测量原理是:经由过程ccd获得零件的横截面或孔的投影图像,获取圆轮廓,依据圆度误差评价规范计较求得轮廓圆的参照圆(如lsc,mic,mcc或mzc)来计较圆度误差,关于轴类零件用计较机视觉检测圆度还未见报道。上面就引见在企业的资助下完成策动机气门杆径计较机视觉的圆度检测试验系统。
2系统引见
策动机气门杆径(如图1)要检测的部门是ab段的圆度。要检测圆度的部门是属于圆轴类的工件,要获得ab段任一截面的投影图像显然是不成能的,所以想采用现有的获取截面投影图像并计较其轮廓参照圆的方法在轴类零件圆度检测中行欠亨[qiàn hēng]。工业现场检测圆度采用的方法,是用圆度仪、千分尺、游标卡尺等来测量,不管用哪类方法,都只能测得有限几个截面的圆度经由过程比力处置所测的数据以代表整个ab段的圆度。这里采用计较机视觉的方法来检测,不只[bù zhǐ]速度有极大的提高,而且可以获得ab段所有分辩率精度的截面圆度,可以完成在线检测。
在本研讨中,测量气门杆的圆度是经由过程ccd图像传感器获取其正面图像,提取气门杆正面轮廓图像,然后找到ab段轮廓,再经由过程半链码方法计较ab段的每一个分辩率截面的直径来计较圆度(这部门尚有文章引见)。这里采用的是工程现实中经常使用的“直径法”测圆度的方法。工程中经常使用的这类方法只是一种近似的测量方法,次要原因是没有斟酌截面圆心飘移的问题。所以,在这里是经由过程求气门杆,中心的偏移来计较圆度,以改善直径法的不足。本方法可以获得图像每一个分辩率截面的圆度来估量整个杆的圆度,从而也提高了工程现实中只是在抽样检测时只测有限儿个截面的圆度作为整个杆的圆度方法的精度。
上面就引见系统的原理及完成。
3气门杆中心偏移检测原理和系统模子
3.1检测原理与系统
用计较机视觉测量杆径轴中心点触及到轴正截面中心点的三维坐标。这里采用图2所示的方法。
由计较机图形学相关原理和透视投影原理可求得图像坐标系统与激光立体坐标系统之间的关系和激光立体坐标系统与世界坐标系统之间的关系:
个中d'是帧存储器两象素间的距离;dx是ccd图像立体两象素间的距离;dy是ccd图像立体纵向两象素的距离;ncx是ccd传感器在x轴偏向(水平偏向)的象素数;nfx是计较机每行采样的点数;xd是图像立体上点的现实的横坐标(有畸变);yd是图像立体上点的现实的纵坐标(有畸变);sa是采样系数,即sx=ncx/nfx;u和v分离是图像帧存储器的横纵象素数;u0和v0分离是图像中心坐标;f是镜头的焦距;k是镜头的径向畸变系数,在这里没有斟酌镜头的切向畸变,因为和切向畸变比拟,径向畸变为影响工业计较机视觉精度的次要要素。
是激光立体坐标系到ccd摄影机坐标系的扭转和平移转换矩阵。
是激光立体坐标系到世界坐标系的扭转和平移变换矩阵。
3.2计较圆弧中心
在现实测量中,激光立体与杆径正订交的圆弧在图像立体上施展阐发为椭圆弧。假定椭圆弧中心世界坐标为c(xw,yw,zw),在激光立体中椭圆弧的中心坐标是c(xcs,ycs,0)。我们可以用方程(1)求得椭圆弧上任一点p的激光立体坐标p(xs,ys,0)。假如椭圆弧所在的椭圆用一般方程表现[biǎo xiàn]为:
如斯可以求得在激光立体内椭圆弧中心坐标c(xcs,ycs,0)。
个中
由(4)式求得c(xcs,ycs,0)后就可以依据式(2)求得椭圆中心点在世界坐标系下的坐标c(xw,yw,zw)。
3.3杆径轴中心偏移估量
经由过程水平挪动杆径或用多组ccd摄像机取得一组椭圆弧,用以上方法求得一组椭圆弧中心坐标,然后求出这组中心坐标的最小二乘拟合基线。我们以这条最小二乘拟合基线作为杆径的基准轴线,求得每个中心点到这条基准轴线的偏移的平均值作为杆轴中心偏移估量,记为coffset。
4策动机气门杆径圆度检测原理及系统
4.1检测原理与系统
系统的原理图如图3所示。
我们采用卤钨灯作光源,让它经由过程一透镜汇聚成平行光束照耀被检测杆径,再经由过程一个物方远心望远光学系统将杆成像于ccd外表上。计较机取得图像后就对图像作预处置,包罗滤波、图像朋分取得气门杆径ab段的边缘轮廓线,然后用半链码确定ab段每一个分辩率截面上边缘点pti(x,y)和下边缘点。这里只是杆径每一个截面一个正面图像,即只获得每一个截面圆的一个直径两头点坐标。再经由过程沿杆径轴每隔n0扭转一次取得其正正面图像,扭转的角度越小,精度就越高,但数据量就越大。这样扭转一周后可获得每一个分辩率截面的一组直径端点值ptij(x,y)和pdij(x,y).只需沿轴扭转时不要偏移太多,依据对称性共可获得180应对截面直径端点,所以0≤j<(180/n)-1。这一部门尚有文章具体引见。
4.2计较杆径圆度误差
上面应用半链法求得ab段每一个分辩率截面上下边缘点坐标ptij(x,y)和和pdij(x,y),个中0<i<n-1,0≤j<(180/n)-1.
steel:令m=0>m表现[biǎo xiàn]沿轴线扭转次数。计较ab段沿轴线偏向上该正面图像每分辩率截面上边缘点到下边缘点的距离:
step2:计较ab段沿轴线偏向第m个正面图像的每分辩率截面的半径:
step3:沿轴线扭转杆径n°,经由过程ccd摄取杆径正面图像,当mn°<360°时,返回到steel执行,计较dij和rij,最初获得一组半径值rij:
step4:计较有轴中心偏移的各半径估量值r':
step5:分离计较沿轴线每分辩率截面所得的180/n个半径最大值与最小值之差:
这样就可以把每一个ei看做每一个分辩率截面的圆度误差。
step6:计较气门杆径ab段的圆度误差:
因而就求得了杆径的圆度误差e。
5试验结果
我们采用512x512图像采集系统、主频900的pc机,采用文献[11]上钩算机标定法,使用上面论说的方法对工生临盆检测后的100个气门杆径作圆度误差视觉检测,气门杆径的圆度公役为0.01mm。工场提供的100个气门杆中有70个及格,30个不及格。用视觉系统检测结果也是70个及格和30个不及格,与手工检测的结果一致。每一个杆检测时间均在350ms内完成。
为了论证试验系统的精度不变性,分离测得70个及格的气门杆的圆度误差,应用式(11)计较圆度误差的平均值
应用式(12)计较其规范差:
个中,e是气门杆的圆度误差,最初计较得出σ=0.015。
6结论
今朝,国际市场竞争力大大提高,计较机质量集成系统也是势在必行,而关于圆轴零件的圆度检测还没有一种合适的方法。本文所提的方法不只[bù zhǐ]免去了工资要素的影响,还斟酌了轴中心偏移的问题,有较高的精度,而且合适于现场圆轴零件的圆度检测和便于归入计较机集成制作系统。