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大长度导轨直线度视觉测量方法的研究

作　者: 李跃晖
导　师: 邱宗明；黄秋红
学　校: 西安理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 导轨直线度视觉测量长导轨靶标
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 47次
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内容摘要

直线度是几何量测量领域中最基本、最重要的一项内容,同时也是平面度、平行度、垂直度、同轴度等几何量的测量基础。导轨直线度误差直接影响到工件的加工精度,所以导轨直线度误差的测量是工业测量领域里一个非常重要的项目。传统的直线度检测方法,如平尺法、水平仪、钢丝法等,虽然检测器具简单,实际中常被采用,但各自都存在一定的局限性,测量精度不高,效率低,性能无法保证；与此同时,以准直光束为测量基准,四象限光电池为接收器件的方法由于种种原因一直未能实用化,而激光干涉仪测量法则由于其价格过高,而难以得到推广。因此课题以导轨的直线度测量为研究对象,在兼顾精确性与经济性的前提下,提出了基于数字图像处理的视觉测量方法。本文根据导轨直线度测量原理,提出以望远系统视轴作为测量基准,制定了视觉测量系统整体方案,并在此基础上设计了光缝靶标和阵列分布靶标两种形式的图案靶标,通过理论分析与大量的实验对比,采用阵列分布靶标图案可以实现导轨的大长度直线度测量,且具有较好的测量精度。软件系统通过图像的采集、灰度变换、滤波处理、阈值选取、目标识别等图像处理方法得到直线度的测量数据。论文设计了一套集图像技术、计算机技术、数据处理等于一体的导轨直线度测量系统。本文通过理论分析、系统搭建、实验验证以及测量误差分析等一系列工作,论证了该系统具有一定的实用价值,基于该方案的系统在大长度导轨直线度测量中具有一定的优越性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题的研究背景和意义  8
  1.2 国内外导轨直线度测量的研究现状  8-11
  1.3 机器视觉用于精确测量的研究现状  11-12
  1.4 课题主要研究的内容  12-13
2 直线度误差测量原理及方案设计  13-17
  2.1 直线度误差测量原理  13-14
  2.2 视觉测量系统方案设计  14-16
    2.2.1 光源  14-15
    2.2.2 光学系统  15
    2.2.3 视觉传感器  15-16
    2.2.4 图案靶标  16
    2.2.5 计算机  16
  2.3 本章小结  16-17
3 瞄准靶标图案的设计  17-25
  3.1 概述  17
  3.2 光缝靶标  17-22
    3.2.1 光缝靶标图案设计  17
    3.2.2 靶标图像的识别检测  17-20
    3.2.3 测量实验  20-22
    3.2.4 问题分析及结论  22
  3.3 圆形阵列靶标  22-24
    3.3.1 靶标图案设计  22-23
    3.3.2 稳定性测量实验  23-24
    3.3.3 结论  24
  3.4 本章小结  24-25
4 基准点亚像素定位  25-31
  4.1 亚像素概述  25
  4.2 亚像素定位技术  25-28
    4.2.1 亚像素定位原理  26
    4.2.2 形心法  26-27
    4.2.3 灰度重心法  27
    4.2.4 算法精度对比  27-28
  4.3 系统标定  28-30
    4.3.1 系统标定的方法  28-29
    4.3.2 系统标定实验  29-30
  4.4 本章小结  30-31
5 系统测量软件实现  31-50
  5.1 图像采集  31-32
  5.2 图像预处理  32-41
    5.2.1 图像平滑滤波  33-34
    5.2.2 图像分割  34-38
    5.2.3 数学形态滤波  38-41
  5.3 测量实现  41-46
    5.3.1 贴标签  41-44
    5.3.2 基准点识别检测  44-46
  5.4 直线度的评定  46-49
    5.4.1 最小包容区域法  46-47
    5.4.2 最小二乘法  47-49
  5.5 本章小结  49-50
6 实验验证及误差分析  50-56
  6.1 重复性测量实验  50-51
  6.2 视轴漂移实验  51
  6.3 与API激光对比实验  51-52
  6.4 导轨直线度误差测量  52-53
  6.5 误差分析及改进措施  53-55
    6.5.1 成像系统失真误差  53-54
    6.5.2 图像传感器噪声误差  54-55
    6.5.3 算法误差  55
    6.5.4 随机误差  55
  6.6 本章小结  55-56
7 结论及改进设想  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-60
附录A 实验现场图片  60-61
附录B 实验现场图片  61-62
作者论文发表情况  62

大长度导轨直线度视觉测量方法的研究

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