一種機器視覺零件外形、外廓尺寸測量系統(tǒng)及測量檢驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬機器視覺領(lǐng)域，具體是一種機器視覺零件外形、外廓尺寸測量系統(tǒng)及測量檢驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中涉及到各種各樣的檢驗、生產(chǎn)監(jiān)視及零件的識別應(yīng)用，而當前大多數(shù)產(chǎn)業(yè)都是利用專用卡尺對工件進行測量，該測量方法屬于接觸式測量，有很多缺點，如卡尺在測量時要與工件接觸，會對零件表面有一定的損壞；人為因素影響比較明顯，測量時由于抖動、視力等因素會對測量結(jié)果造成重大影響，測量結(jié)果與實際尺寸可能存在較大偏差，嚴重有可能出現(xiàn)錯誤。于是人類開始探索非接觸測量，目前廣泛應(yīng)用的非接觸式尺寸測量方法主要有激光測量方法、氣動式非接觸式測量方法、電渦流式測量方法和影像式測量方法。激光測量方法是采用激光投射到工件上產(chǎn)生的陰影部分對應(yīng)的寬度X直接反應(yīng)被測工件的尺寸值，其中一激光檢測裝置安裝在工件后方，該裝置制作難度較大，成本較高，而且光學系統(tǒng)需要保持干凈，否則將影響測量，該測量限制條件，其中間不能有障礙物，要有接收器等。氣動式非接觸測量是將尺寸信號轉(zhuǎn)化為測量管路內(nèi)氣體流量的變化，通過有刻度的玻璃管內(nèi)的浮標來標值，但其主要測量孔徑或半封閉結(jié)構(gòu)的尺寸，不適宜測量外部尺寸，而且測頭需要靠近工件，必須有一定的動作才能實現(xiàn)尺寸測量。電渦流式測量方法主要是應(yīng)用電渦流技術(shù)，電渦流傳感器無需接觸被測件就可以測量目標物體的位置，但進行測量時裝置必須近距離測量，不能進行較遠距離測量，測量精度不高，且只適合于測量金屬零件。影像式測量方法采用光學顯微鏡對待測物體進行高倍率光學放大成像，然后經(jīng)過CCD攝像系統(tǒng)將放大后的物體影像送入計算機后，檢測工件的輪廓和表面形狀尺寸，但影像測量儀是基于CCD技術(shù)，成本高，且不能進行在線測量。綜上所述，這些非接觸式尺寸測量裝置都存在各自的不足。
[0003]隨著科學技術(shù)迅速發(fā)展，機器視覺技術(shù)主要在工業(yè)和醫(yī)學等領(lǐng)域，正在向著動化和信息化方向迅速發(fā)展，由此使得工業(yè)中的重復性加工和測量任務(wù)能夠輕松和快速的完成。機器視覺作為機器的眼睛替代人類的眼睛在工業(yè)檢測領(lǐng)域進行生產(chǎn)檢測越來越普遍，將成為未來自動化生產(chǎn)檢測的一種必然趨勢。最早提出機器視覺概念是在20世紀50年代；機器視覺的研究是從20世紀60年代中期美國學者L.R.羅伯茲關(guān)于理解多面體組成的積木世界研究開始的，機器視覺最早是在機器人的研究中發(fā)展起來的；20世紀70年代CCD圖像傳感器出現(xiàn)，CCD攝像機替代硅靶攝像機是機器視覺發(fā)展的一個重要轉(zhuǎn)折點；20世紀80年代CPU、DSP等圖像處理硬件技術(shù)的飛速進步，為機器視覺飛速發(fā)展提供了基礎(chǔ)條件。目前大部分機器視覺技術(shù)都是基于CCD技術(shù)，但是CCD技術(shù)成本較高，而同規(guī)格的CMOS價格便宜，且經(jīng)實驗研究表明:基于CMOS的機器視覺系統(tǒng)測量精度能夠達到μ m級精度，滿足絕大部分零件的尺寸測量精度要求。
[0004]雖然不少學者已經(jīng)對基于CMOS機器視覺零件尺寸測量系統(tǒng)有了初步設(shè)計和應(yīng)用，已經(jīng)能夠完成部分零件通孔和槽底寬度的測量，但其通用性差，存在適用測量的零件范圍較窄等問題。
[0005]在專利名為:“一種基于CMOS機器視覺零件尺寸測量系統(tǒng)及測量檢驗方法”，申請?zhí)枮?201110421930.0”的專利中提出了解決上述問題的方案。然而在該專利的測量系統(tǒng)中存在以下幾個問題:1)攝像頭位置不固定，測量時容易發(fā)生偏擺；2)被測工件的位置不能調(diào)整，并且背光源也不能靈活調(diào)整，得不到最佳的背光角度，較難獲得清晰輪廓圖像；3)工作臺無法自由移動，不能測量較大尺寸變化的零件；4)工作臺上的定位塊不能方便更換，較難實現(xiàn)不同規(guī)格大小的零件尺寸測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種機器視覺零件外形、外廓尺寸測量系統(tǒng)及方法，不僅實現(xiàn)了非接觸測量，達到了良好的可靠性和測量精度，而且可以通過更換定位塊的方法實現(xiàn)孔類、寬度等尺寸的測量，靈活地實現(xiàn)了多類型尺寸的測量。同時，測量平臺的設(shè)計更適于定位塊的變更，避免了所測零件受限的問題。且該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作效率高，靈活，對于零件的較小外廓、通孔、槽寬的尺寸都能實現(xiàn)精確測量，另外對于槽寬較大的零件也可以通過沿豎直軌道上下移動工作臺進行二次測量實現(xiàn)精確測量。
[0007]本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種機器視覺零件外形、外廓尺寸測量系統(tǒng)，包括底板、背光源支架、背光源、工作臺、工作臺支架、鏡筒安裝架和攝像頭組件，底板上依次固定有背光源支架、工作臺支架以及鏡筒安裝架。
[0008]背光源支架底部設(shè)有與底板連接的支架固定板，支架固定板兩側(cè)對稱設(shè)有兩條弧形的光源水平角度調(diào)節(jié)槽，光源水平角度調(diào)節(jié)槽內(nèi)設(shè)有與底板固定的螺釘，背光源支架頂部通過螺釘連接有可轉(zhuǎn)動的背光源托板，背光源托板上固定有背光源。
[0009]工作臺支架的豎直面兩側(cè)設(shè)有豎直導軌，工作臺可沿豎直導軌上下滑動，滑動至需要位置時，工作臺可通過緊固件固定在工作臺支架上，工作臺上可固定相應(yīng)的定位塊，定位塊用于固定待測零件；
鏡筒安裝架頂部通過彎板固定有攝像頭組件，攝像頭組件包括物鏡、鏡筒、目鏡和CMOS相機，CMOS相機帶有USB接口，USB 口直插型CMOS相機通過相機安裝環(huán)固定在目鏡上，鏡筒中心線、定位塊和背光源處于同一條直線上。
[0010]所述一側(cè)的豎直導軌內(nèi)鑲嵌有鑲條，鑲條通過螺釘與工作臺頂緊。當豎直導軌與工作臺之間出現(xiàn)磨損，可通過鎖緊螺釘?shù)姆椒◤浹a磨損部分，磨損嚴重時，可更換鑲條。
[0011]所述工作臺上設(shè)有螺紋孔，定位塊通過螺紋孔及螺栓與工作臺固定連接，通過更換不同結(jié)構(gòu)或形狀的定位塊，以滿足不同零件測量方式的需要。
[0012]所述豎直導軌通過螺釘與工作臺支架固定連接，是為當軌道與滑塊之間出現(xiàn)磨損時，可通過鎖緊螺釘?shù)姆椒◤浹a磨損部分。
[0013]底板上對稱設(shè)有手柄，便于設(shè)備的移動。
[0014]一種實現(xiàn)的機器視覺零件外形、外廓尺寸測量檢驗方法，具體步驟如下:
(A1)調(diào)節(jié)安裝所有零部件，攝像頭組件安裝于鏡筒安裝架上，通過彎板以及鏡筒安裝架連接的螺釘?shù)恼{(diào)節(jié)控制攝像焦距以獲取清晰的圖像。
[0015](A2)將待測工件通過合適的定位塊固定在工作臺上，通過調(diào)節(jié)工作臺支架上的豎直導軌對工作臺進行豎直方向上的調(diào)節(jié)使工件處于測量的合適位置，通過5V直流電對背光源進行供電。
[0016](A3)系統(tǒng)連接好后采集圖像，建立灰度直方圖，進行直方圖均衡化，中值濾波處理，單閾值分割，閉合形態(tài)學處理和Canny邊緣檢測，通過最小二乘法對圖像邊緣輪廓進行擬合。
[0017](A4)通過采用HALC0N提供的子程序首先對使用的相機進行標定，即可以建立像素值與尺寸值之間的對應(yīng)關(guān)系；然后再次調(diào)用HALC0N中的子程序計算出邊緣輪廓的像素值，再根據(jù)標定的結(jié)果，即可完成零件的尺寸測量。
[0018]本發(fā)明不但能實現(xiàn)外形輪廓尺寸測量及公差帶判定，也能完成微、細通孔孔徑的測量，在工作臺上安裝不同的定位塊可以滿足各種形狀、規(guī)格大小的工件測量，定位塊的形狀可以根據(jù)所測工件的形狀制作，并可配備相應(yīng)的定位板將工件固定。
[0019]本發(fā)明進一步改進的是，機器視覺零件尺寸測量系統(tǒng)包括底板、鏡筒安裝架、彎板、工作臺及其支架、背光源、背光源托板、背光源支架、豎直調(diào)節(jié)導軌、成像系統(tǒng)等；所述成像系統(tǒng)包括攝像頭組件、鏡筒安裝架；所述攝像頭組件