數(shù)字圖像處理在機(jī)械零件測(cè)量中的應(yīng)用

周超倫

摘 要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)被不斷應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中，其中，在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)中，數(shù)字圖像處理技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，這對(duì)于我國(guó)提高工業(yè)化自動(dòng)水平提供了技術(shù)支持。自動(dòng)化、高精度化和客觀化是應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)的機(jī)器視覺的特點(diǎn)。該文針對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)在機(jī)械零件測(cè)量中的應(yīng)用問題進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像 圖像技術(shù) 機(jī)械零件 測(cè)量

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）09（b）-0016-02

由于我國(guó)數(shù)字圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，在機(jī)械測(cè)量中取代了傳統(tǒng)利用卡尺測(cè)量的方法。數(shù)字圖像處理在機(jī)械零件測(cè)量中的應(yīng)用，使測(cè)量工作的效率得到了有效提高，最大程度地保證了檢測(cè)任務(wù)能及時(shí)、高效完成。機(jī)械零件測(cè)量的速度和精度是機(jī)器視覺所強(qiáng)調(diào)的，大大提高了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的可靠性。通過數(shù)字圖像處理技術(shù)測(cè)量機(jī)械零件，有利于提高零件的精度和準(zhǔn)確度。

1 圖像測(cè)量系統(tǒng)

光源、計(jì)算機(jī)、CCD相機(jī)、傳感器、支架、零件移動(dòng)平臺(tái)等各個(gè)部件是圖像測(cè)量系統(tǒng)的主要組成部分。圖像測(cè)量系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

機(jī)械零件的圖像通過CCD相機(jī)獲取，再利用計(jì)算機(jī)圖像測(cè)量系統(tǒng)對(duì)所獲取的圖像進(jìn)行預(yù)處理，使用測(cè)量軟件測(cè)量機(jī)械零件的圖像。由于受現(xiàn)場(chǎng)各種因素的影響，如受照明條件的影響，容易影響現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械零件測(cè)量的精度。在此條件下，就要求測(cè)量人員對(duì)影響測(cè)量機(jī)械零件精度的因素進(jìn)行處理，在現(xiàn)場(chǎng)采用環(huán)形光源，有利于避免機(jī)械零件產(chǎn)生陰影，影響測(cè)量精度。此外，環(huán)形光源的使用。使光線與機(jī)械零件近似垂直，使機(jī)械零件在環(huán)形光源的照射下更加明亮，便于分割零件圖像，從而提高機(jī)械零件的測(cè)量精度。此外，在測(cè)量機(jī)械零件過程中，有的機(jī)械零件較大，導(dǎo)致CCD相機(jī)無法一次獲取全部數(shù)據(jù)，這就要求使用雙重坐標(biāo)系來測(cè)量，雙重坐標(biāo)系是由面陣CCD相機(jī)和高精度的計(jì)量光柵單元共同組成的。由雙重坐標(biāo)系采用輪廓跟蹤的方式進(jìn)行檢測(cè)，從而對(duì)機(jī)械零件的實(shí)際位置進(jìn)行確定，進(jìn)而提高機(jī)械零件的測(cè)量精度。

2 機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械零件測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 利用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行精密測(cè)量

由CCD攝像頭、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)共同組成了圖像檢測(cè)系統(tǒng)。圖像檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理是先用平行光束照射待檢測(cè)的機(jī)械零件表面，光源利用反射光，將機(jī)械零件的輪廓利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行放大，然后將放大后的機(jī)械零件通過CCD攝像頭使其成為圖像，在計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)中輸入成像后的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而對(duì)機(jī)械零件的定位進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。此外，在針對(duì)機(jī)械零件獲取位移量的問題上，先移動(dòng)需要檢測(cè)的機(jī)械零件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，再按上述方式對(duì)機(jī)械零件再測(cè)量一次，機(jī)械零件的位移量就是兩次測(cè)量結(jié)果之差。在測(cè)量過程中，如果被測(cè)量的機(jī)械零件的兩次輪廓線出現(xiàn)在同一個(gè)成像位置，該輪廓線的實(shí)際尺寸就是該機(jī)械零件的位移量。對(duì)于體積小、形狀簡(jiǎn)單和生產(chǎn)數(shù)量多的機(jī)械零件使用此種方式檢測(cè)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.2 利用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行預(yù)調(diào)測(cè)量

利用光學(xué)投影對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行定位是傳統(tǒng)的機(jī)械零件預(yù)調(diào)測(cè)量方式，通過光柵數(shù)顯表將測(cè)量數(shù)據(jù)顯示出來，但是此種方法要求相關(guān)測(cè)量人員具有較高的專業(yè)技術(shù)水平，此外在此種方式的使用上需要投入大量的人力，造成人力資源分配不合理的現(xiàn)象，阻礙了工作效率的提高。針對(duì)此種現(xiàn)象，新式預(yù)調(diào)測(cè)量?jī)x在專業(yè)人士的創(chuàng)建改善后被應(yīng)用到機(jī)械零件預(yù)調(diào)測(cè)量的工作中。新式預(yù)調(diào)測(cè)量?jī)x，在傳統(tǒng)的光柵測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)器視覺技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)和機(jī)器自動(dòng)控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)。這些先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械零件預(yù)調(diào)測(cè)量模式進(jìn)行改善，機(jī)械零件的光柵測(cè)量技術(shù)與機(jī)器視覺技術(shù)相結(jié)合的新式預(yù)調(diào)測(cè)量?jī)x的應(yīng)用，優(yōu)化了操作流程，提高了工作效率，在提高機(jī)械零件測(cè)量精度方面也有十分顯著的效果。

2.3 利用機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行逆向測(cè)量

以三角法為基礎(chǔ)，把機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用在逆向工程機(jī)械零件的測(cè)量中，對(duì)機(jī)械零件表面輪廓利用應(yīng)用線結(jié)構(gòu)光進(jìn)行測(cè)量，是快速輪廓視覺測(cè)量技術(shù)。在機(jī)械零件的測(cè)量表面投射平面條紋結(jié)構(gòu)光，使測(cè)量表面在光的照射下產(chǎn)生不同形狀的條紋，從而開展機(jī)械零件表面的分析工作。此外，在攝取機(jī)械零件表面條紋的圖像時(shí)，必須把經(jīng)過視頻信號(hào)的CCD攝像頭轉(zhuǎn)化到模擬信號(hào)模式，再進(jìn)行模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)的工作，在此工作完成之后對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，最后用計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)對(duì)所得圖像進(jìn)行處理，得出機(jī)械零件模型圖，從而對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行測(cè)量。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)器視覺技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，使其在機(jī)械零件的測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。該文從圖像測(cè)量系統(tǒng)、機(jī)器視覺技術(shù)在機(jī)械零件測(cè)量中的應(yīng)用兩方面進(jìn)行分析，得出數(shù)字圖像處理技術(shù)具有工作效率高、測(cè)量結(jié)果精度高、可靠性強(qiáng)、節(jié)省人力資源且有實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。在測(cè)量機(jī)械零件的工作中使用數(shù)字圖像處理技術(shù)為我國(guó)工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

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