电子摄像式刀具预调测量仪的研究

论文摘要

随着机械加工行业的高速发展,数控加工中心已得到广泛应用。刀具预调测量仪(对刀仪)是通过测量刀具的切削点位置、角度和圆弧半径等参数,对刀具进行预调整的测量仪器。要保证数控加工中心的加工精度,刀具预调测量仪是其必备仪器。电子摄像式刀具预调测量仪是以计算机视觉检测技术为基础,集光、机、电和精密测量技术为一体的精密测量仪器,具有较高的精度和自动化水平。目前此类产品只有国外厂家生产,国内生产的刀具预调测量仪仍然为光学投影式,人眼瞄准测量、测量速度低等缺点使其不能满足高精度、高效率的要求。本课题“电子摄像式刀具预调测量仪的研究”目的就是开发该仪器。论文主要研究内容和工作如下:1.完成了刀具预调测量仪的机械系统、视觉系统和软件系统的设计与实现,并对仪器进行了整机检定,分析了各部分误差来源。仪器精度达到国家标准,经实验多次测试及用户使用验证,仪器工作稳定、性能良好。2.对视觉检测中的图像处理技术进行了深入研究,包括图像预处理、边缘检测、轮廓跟踪、刀具类型识别和图像几何参数计算等,并通过实验研究选择合适的图像处理算法。在分析CCD成像特性的基础上,提出了一种对测量图像进行快速亚像素边缘定位算法,该算法具有精度高、速度快的特点。3.提出了一种新的二维图像测量系统标定方法,并成功应用在刀具预调测量仪上。这种方法采用单个特征点的靶标件,标定时保持靶标件不动,移动视觉系统并通过光栅尺或双频激光干涉仪测量获得视觉系统的移动距离,从而获得多组标定特征点,求出标定参数。该方法靶标件加工简单,易于实现现场标定。本文对成像系统的畸变进行了研究,提出了分区线性畸变校正的方法。4.对图像测量系统的调焦评价函数进行了系统研究,不但从理论上分析了调焦评价函数的灵敏度与被测工件空间频率、聚焦区域大小的关系,还通过实验验证了理论分析的正确性,并根据实验结果确定了刀具预调测量仪的调焦评价方法。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 刀具预调测量仪的作用和意义
• 1.2 刀具预调测量仪的国内外现状
• 1.3 计算机视觉检测技术概述
• 1.3.1 计算机视觉概述
• 1.3.2 计算机视觉检测技术
• 1.3.3 计算机视觉检测的发展方向
• 1.3.4 二维图像测量的关键技术
• 1.4 课题来源及主要研究内容
• 第二章 刀具预调测量仪系统的组成
• 2.1 刀具预调测量仪组成
• 2.2 导轨系统
• 2.3 主轴系统
• 2.4 视觉系统
• 2.4.1 光源部分
• 2.4.2 摄像器件的选择
• 2.4.3 成像系统光学设计
• 2.4.4 成像系统景深研究
• 2.5 计算机及其接口电路
• 2.6 系统软件
• 2.7 本章小结
• 第三章 测量图像处理技术研究
• 3.1 测量图像的边缘检测与亚像素定位
• 3.1.1 边缘检测算法
• 3.1.2 亚像素边缘定位算法
• 3.1.3 测量图像的快速亚像素边缘检测方法
• 3.2 图像预处理研究
• 3.2.1 图像噪声
• 3.2.2 图像预处理
• 3.2.3 图像预处理实验研究
• 3.3 轮廓跟踪
• 3.4 刀具识别
• 3.5 刀具几何参数计算
• 3.6 本章小结
• 第四章 二维图像测量系统标定技术研究
• 4.1 计算机视觉摄像机标定方法综述
• 4.1.1 传统标定方法
• 4.1.2 自标定方法
• 4.2 二维图像系统传统标定方法
• 4.2.1 标定靶标件的选择
• 4.2.2 摄像机理想数学模型
• 4.2.3 标定原理
• 4.2.4 网格图像交叉点的获取
• 4.3 二维图像测量系统快速自标定方法
• 4.3.1 快速自标定原理
• 4.3.2 实验结果
• 4.3.3 标定误差分析
• 4.4 图像畸变校正研究
• 4.4.1 摄像机实际数学模型
• 4.4.2 分区畸变校正
• 4.4.3 实验分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 图像测量系统调焦技术研究
• 5.1 调焦评价函数研究
• 5.1.1 常用调焦评价函数
• 5.1.2 实验研究与分析
• 5.2 调焦评价函数特性分析
• 5.2.1 离焦光学传递函数
• 5.2.2 被测工件的空间频率对评价函数性能的影响
• 5.2.3 调焦选择区域对评价函数性能的影响
• 5.2.4 光源强度对评价函数性能的影响
• 5.3 调焦函数设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统误差分析与实验结果
• 6.1 视觉系统测量不确定度研究
• 6.1.1 不确定度分析
• 6.1.2 仪器测量重复性实验
• 6.2 刀具预调测量仪的零点确定
• 6.3 刀具预调测量仪的整体精度检定
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 前景展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢