[发明专利]基于机器视觉的大长径比轴类零件直线度误差检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴类零件直线度误差检测方法，更具体地说，涉及一种基于机器视觉的大长径比轴类零件直线度误差检测方法。

背景技术

视觉是人类感知和理解周边的世界，从大自然中获取知识的最主要的手段。在人类获取的信息中80％来自视觉，其余的20％来自听觉、味觉、触觉等。机器视觉，是指利用计算机和一些辅助设备来实现人的视觉功能，从而实现通过二维图像感知外界事物和客观三维世界，是一门新兴的学科，是令人感兴趣的前沿研究领域之一。

随着机器视觉技术的发展，已经出现了一种把图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用的新的检测方法，即基于机器视觉的图像检测技术。它是以现代光学为基础，融光电子学、计算机图像学、信息处理、机器视觉等科学技术为一体的现代检测技术。基于机器视觉的图像检测技术的仪器设备能够实现智能化、数字化、小型化、网络化和多功能化，具备在线检测、实时分析、实时控制的能力，在军事、工业、医学等领域得到广泛关注和应用。

基于机器视觉的图像检测方法在机械零件几何尺寸检测中已经有应用，主要集中在基于单幅图像的尺寸测量和基于图像拼接的尺寸测量。单幅图像检测方法是用一幅图像来展示整个零件的全貌，通过图像运算得到零件的几何尺寸。但是由于相机的视野范围受到约束，因此方法只适用于较小零件的测量。对于大型零件，图像检测技术可以对零件的不同部位进行拍摄，得到多幅局部重叠的高精度图像，然后利用图像之间的信息冗余进行图像拼接得到零件的完整图像，对拼接后的图像进行分析可以得到零件的完整结构尺寸。大量的文献资料已经指出，这一检测方法需要进行大量的数据存储和运算，势必影响检测方法的实时性。

现有的机械零件直线度测量方法，主要集中在基于单幅图像的直线度测量。基于单幅图像的直线度测量方法是用一幅图像展示被测轴的全貌，通过对这一幅图像的运算处理得到零件的直线度误差。但是由于相机的视野范围与精度是反比例关系，为了获得较高的检测精度，被测零件的几何尺寸必须约束在一定范围内。天津大学博士后研究工作报告《视觉准则在线测量技术研究》(卢荣胜)对直径为140mm，长度为1.5m的无缝钢管的直线度检测方法进行了研究，是国内开展大长径比轴类零件直线度检测方法研究较早的学者。其报告中采用的方法是一种激光视觉方法，检测设备精度较高，但设备比较昂贵。此外，需要对图像传感器进行全局标定，算法实时性受到一定的限制。

1.与本发明相关的现有技术一

现有技术一的技术方案：某轨道车辆门用变导程丝杠长约2m，直径约为2cm，长径比为100，属于大长径比轴类零件。其直线度是质量控制的重要指标，也是其功能性指标，从客户反馈的信息来看，即使在生产环节进行了检测，使用一段时间后，其直线度仍会出现较大的误差。研究发现，主要是因为检测手段的精度不够高。

目前，生产线在用的检测方法是将丝杠置于工作台面上，用眼睛去观察丝杠与工作台面的接触情况，透光地方用标准的塞规去检测，某处能放进塞规，说明该处的直线度误差已经

现有技术一的缺点：上述检测方法存在以下几个缺点：

(1)不能准确的给出直线度误差的数据；

(2)不能根据数据制定合理的校正方案；

(3)该岗位对工人的技术熟练程度依赖性比较大；

(4)工人的劳动强度比较大；

(5)检测速度比较慢，无法实现生产线自动化。

2.与本发明相关的现有技术二

现有技术二的技术方案：图1摘自天津大学卢荣胜博士后工作报告《视觉准则在线测量技术研究》，该测试系统由半导体激光器LD发出一束光平面，它与无缝钢管相截后，在钢管的外圆表面形成一条椭圆弧，由CCD摄象机接收各椭圆弧的图像，经计算机实时图像处理求得各椭圆弧中心在世界坐标系中的坐标，运用相应的算法，求出钢管的直线度误差。

现有技术二的缺点：图1中采用了半导体激光投射器，该元件属于高精度产品，价格比较昂贵。方法中采用多个CCD摄像机采集图像，需要采集的图像统一到同一个坐标系下方可进行直线度的计算，因此需要较为复杂的标定算法。标定是机器视觉中的一个难点，现有的各种标定技术都有一定的局限性，在一定精度范围内可用。如线性标定计算精度低，非线性标定需要多次非线性迭代，计算速度低，因此标定技术的成为一个瓶颈。因此，上述方法又借助了其他高精度设备进行了全局标定，这就给方法的推广带来了困难。

3.与本发明相关的现有技术三