[发明专利]轴类零件直线度在线非接触测量方法

权利要求书

1.一种轴类零件直线度在线非接触测量方法，其特征在于：通过建立基于机器视觉技术的线结构光测量系统成像模型，结合摄像机标定技术、图像特征提取技术实现轴类零件的直线度在线测量，其包括以下步骤：

（1）标定CCD摄像机的内部参数及畸变系数；

（2）建立光平面与摄像机像平面之间的关系；

（3）求取标定轴的轴线方程；

（4）测量被测轴的直线度。

2.根据权利要求1所述的轴类零件直线度在线非接触测量方法，其特征在于：步骤（1）中所述的标定CCD摄像机的内部参数及畸变系数，是基于摄像机平面标定算法，利用高精度标定板的不同姿态的图像，标定出摄像机内部参数，以修正镜头畸变对图像造成的失真变形，提高测量精度，具体过程包括下列步骤：

（1.1）把CCD摄像机和激光投射器固定在支架上，保持位置不变；关闭激光投射器，利用CCD摄像机采集9幅不同位姿的标定板图像；

（1.2）使用摄像机标定工具箱检测出标定板图像中角点的亚像素坐标；

（1.3）基于摄像机平面标定算法，利用检测得到的角点的像素坐标和世界坐标求解摄像机内参、畸变系数和外参的初值；

（1.4）利用所有不同位姿的标定板图像中提取到的角点的像素坐标和世界坐标，对摄像机内部参数矩阵和畸变系数进行优化求精，采用Levenberg-Marquardt(L-M)法优化求解。

3.根据权利要求1所述的轴类零件直线度在线非接触测量方法，其特征在于：步骤（2）中所述的建立光平面与摄像机像平面之间的关系，具体过程包括以下步骤：

（2.1）将平面标定板和一张黑色打印纸并排平放且固定在同一平面上，构成一新标定板；打开激光投射器，使结构光光线照射到黑色打印纸上，用CCD摄像机采集新标定板在不同位姿下的5幅图像；

（2.2）基于平面标定法，利用新标定板每个位姿下的角点坐标，即像素坐标和世界坐标，计算新标定板所在平面的外参，建立该位姿下平面上被测点的世界坐标与其像素坐标的对应关系；

（2.3）通过光条中心线检测的方法得到光条中心点的亚像素坐标，利用步骤（2.2）建立的关系，计算得到其对应的靶标平面上的目标点在摄像机坐标系下的坐标；

（2.4）使用步骤（2.3）方法计算得到的5幅图像中的光条中心点对应的目标点在摄像机坐标系下的坐标，利用最小二乘法拟合结构光平面的平面方程；

（2.5）将光平面与目标点的图像坐标结合在一起，建立光平面与摄像机像平面之间的关系。

4.根据权利要求1所述的轴类零件直线度在线非接触测量方法，其特征在于：步骤（3）中所述的求取标定轴的轴线方程，具体过程包括以下步骤：

（3.1）保持CCD摄像机和激光器的位置不变，将一已知直径尺寸的轴类零件安装好，将此作为标定轴，安装位置要与被测轴一致，用CCD摄像机采集标定轴的图像；

（3.2）打开激光投射器，使结构光光线以接近平行轴线方向照射到标定轴上，用CCD摄像机采集标定轴上的激光光条图像；

（3.3）使标定轴绕轴线每60度旋转一次，通过步骤（3.2）的方法采集该位置图像；

（3.4）将采集到的6幅图像进行处理，提取光条中心线上点的亚像素坐标，计算该坐标对应点在相机坐标系下的坐标；

（3.5）将步骤（3.4）求得的坐标进行坐标变换，得实际分布在轴上的被测点在摄像机坐标系下的坐标；

（3.6）在摄像机坐标系下，利用最小二乘法求解标定轴的圆柱面方程及轴线方程。

5.根据权利要求1所述的轴类零件直线度在线非接触测量方法，其特征在于：步骤（4）中所述的测量被测轴的直线度，具体过程包括以下步骤：

（4.1）保持CCD摄像机和激光器的位置不变，将被测轴安装好，安装位置要与标定轴一致；

（4.2）打开激光投射器，使结构光光线以接近平行轴线方向照射到标定轴上，用CCD摄像机采集标定轴上的光条图像；

（4.3）使标定轴绕轴线每60度旋转一次，通过步骤（4.2）的方法采集该位置图像；

（4.4）将采集到的6幅图像进行处理，提取光条中心线的亚像素坐标，计算该坐标对应的光线在摄像机坐标系下的方程；

（4.5）将步骤（4.4）求得的坐标进行坐标变换，得实际分布在轴上的被测点在摄像机坐标系下的坐标；

（4.6）在摄像机坐标系下，利用被测轴上的点及标定轴的轴线方程求解被测轴的直线度。