基于数字图像处理的孔组位置度测量技术研究

论文摘要

在机械产品中，孔组零件应用非常广泛。孔组零件产品质量的优劣决定了它是否能够与轴或其他零件进行正常装配，因而其误差测量一直以来都引起人们高度重视。孔组位置度的测量一般采用三坐标机测量和位置度综合量规。前者价格相当昂贵，且对操作人员要求较高，而后者是一种无刻度的量具，且对每个零件都需要人工操作，费时费力。数字图像测量技术作为一种新兴的非接触检测手段，能够克服人工检测所带来的不利因素，提高检测精度和效率，降低生产成本。然而现在尚没有通用的图像测量系统，对于不同任务和不同目标，往往需要针对性地确立图像测量系统才能完成测量，尤其是软件方面。本课题主要研究了基于数字图像处理技术的孔组位置度误差测量系统。鉴于位置度标注的复杂多样性，选取两种孔组零件：某型金属丝网减震器的方形底座和圆周均布八孔法兰盘作为测量任务。本文首先分析并搭建了硬件测量平台，完成摄像机系统标定；随后使用MATLAB软件对CCD采集的图像利用不同算法进行图像滤波、边缘检测、数学形态学处理、多个孔的分割及识别、直线特征提取、圆心定位处理之后，确定了以邻域平均法来进行图像滤波，Sobel算子进行边缘检测，区域生长法及区域描述来对孔进行分割识别，最小二乘拟合法来进行圆心定位；最终确立出软件算法流程图，依此计算所得的图像测量值与手动测量结果比较并进行误差分析。结果表明：方形底座和八孔法兰盘的图像测量结果与手动测量结果相差较小，由此验证本论文所设计的图像测量系统是有效的，这为图像测量的工程化应用奠定了良好的技术基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究课题的背景与意义
• 1.2 数字图像测量的国内外研究现状
• 1.3 位置度误差测量现状
• 1.4 实验设备条件
• 1.5 本文的主要研究内容及结构安排
• 2 孔组零件误差测量参数的确立
• 2.1 位置度简介
• 2.2 孔组零件公差的标注
• 2.2.1 公差原则
• 2.2.2 位置度的标注
• 2.3 两种孔组零件误差的测量参数确定
• 2.3.1 方形底盘测量参数确立
• 2.3.2 法兰盘测量参数确立
• 2.4 本章小结
• 3 图像测量系统设计
• 3.1 测量系统硬件的设计
• 3.1.1 照明系统
• 3.1.2 CCD 选择
• 3.1.3 镜头选择
• 3.1.4 图像采集卡
• 3.2 系统软件设计问题的提出
• 3.3 系统标定
• 3.4 本章小结
• 4 数字图像处理
• 4.1 图像基础知识
• 4.1.1 图像类型
• 4.1.2 图像格式
• 4.1.3 图像的数据结构及显示
• 4.2 图像预处理
• 4.2.1 图像平滑
• 4.2.2 中值滤波
• 4.3 图像分割
• 4.3.1 基于灰度的分割
• 4.3.2 边缘检测
• 4.3.3 边界跟踪及区域描述
• 4.4 数学形态学
• 4.4.1 膨胀
• 4.4.2 腐蚀
• 4.4.3 开启和闭合
• 4.5 Hough 直线特征提取
• 4.6 本章小结
• 5 算法流程图的确立及结果分析
• 5.1 圆心及半径测量
• 5.1.1 最小二乘拟合法
• 5.1.2 质心法
• 5.2 测量系统的软件流程图
• 5.3 方形底座测量
• 5.3.1 孔心坐标、孔径测量
• 5.3.2 孔心之间相互距离
• 5.3.3 直线方程及直线间距离
• 5.4 八孔法兰盘测量
• 5.4.1 孔心坐标、孔径测量
• 5.4.2 位置度计算
• 5.5 误差来源分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 论文主要结论
• 6.2 论文研究展望
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢