基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的螺紋檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-文庫(kù)吧在線文庫(kù)
【正文】 相對(duì)較低 ,整個(gè)測(cè)量過(guò)程耗時(shí)耗力 ,工作效率低 ,且易導(dǎo)致螺紋損傷?；跀?shù)字圖像處理技術(shù)的螺紋檢測(cè)是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一門(mén)新興學(xué)科。 傳統(tǒng)的測(cè)量方法最常用的有下面三種：用工具顯微鏡測(cè)量螺紋的各單項(xiàng)參數(shù) 工具顯微鏡是一種應(yīng)用非常廣泛的光學(xué)儀器，測(cè)量螺紋是其主要用途之一。上述方法稱(chēng)為影像法，即按被測(cè)件的輪廓影像進(jìn)行測(cè)量，由于輪廓成像的清晰程度，和瞄準(zhǔn)誤差的影像，以及測(cè)量時(shí)主顯微鏡需傾斜一螺紋升角φ，使測(cè)量在法向截面內(nèi)進(jìn)行，而不是按定義在軸向截面上進(jìn)行測(cè)量，并且由于安裝誤差的影響，測(cè)量誤差會(huì)受到一定的限制。1990年1月17日，美國(guó)飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)召開(kāi)螺紋標(biāo)準(zhǔn)修訂會(huì)，修訂了關(guān)于螺紋合格性的兩項(xiàng)軍用標(biāo)準(zhǔn)：MIL9774MIL98897。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外螺紋檢測(cè)情況的分析可知，用機(jī)械方法檢測(cè)螺紋已經(jīng)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，主要表現(xiàn)在：現(xiàn)代制造商產(chǎn)品種類(lèi)越來(lái)越多，制造精度越來(lái)越高，很多場(chǎng)合要求實(shí)時(shí)、在線、非接觸檢測(cè)；現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展需要更快速、有效的產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)。所以圖像采集 ,要適當(dāng)?shù)靥岣咂浞糯蟊稊?shù)以增加螺紋牙圖像的像素?cái)?shù) ,提高擬合的精度。計(jì)算灰度均勻度的公式為v =∑f2(i , j) [∑f (i , j) ]2/ N(1) 由上式可得 ,分布越均勻 ,v 值越小。圖像濾波的方法根據(jù)噪聲本身的特性而定。中值濾波是最簡(jiǎn)單的非線性濾波, 它采用一個(gè)含有奇數(shù)個(gè)點(diǎn)的模板窗口, 將窗口中心與圖中待處理的像素重合, 讀取模板下各對(duì)應(yīng)像素的灰度值, 將灰度從大到小排序, 最后取該序列的中值來(lái)代替模板中心像素點(diǎn)的值。但算子計(jì)算量較大, 效率偏低, 且算子的優(yōu)劣決定邊緣輪廓提取精度, 不適于本測(cè)量的要求。 一種是以二階導(dǎo)數(shù)為基礎(chǔ)的邊緣檢測(cè)算子, 通過(guò)尋求二階導(dǎo)數(shù)中的過(guò)零點(diǎn)來(lái)檢測(cè)邊緣, 如Laplacian 算子。Sobel 算子是一種一階微分算子, 它利用像素鄰近區(qū)域的梯度值來(lái)計(jì)算 1 個(gè)像素的梯度, 然后根據(jù)一定的閾值來(lái)取舍。它由下式給出: 它是 33 算子模板。 ②用一階偏導(dǎo)的有限差分來(lái)計(jì)算梯度的幅值和方向。該算子定位精度高, 但容易丟失部分邊緣。Canny 算子是一類(lèi)最優(yōu)邊緣檢測(cè)算子, 它在許多圖像處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該算法在檢測(cè)中對(duì)梯度進(jìn)行了“非極大抑制” :濾波后確定的邊緣點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致梯度幅度圖像中出現(xiàn)脊 ,算法追蹤所有脊的頂部并將所有部在脊的頂部的像素設(shè)為零 ,以便在輸出中給出一條細(xì)線 ,這就是非極大抑制處理。canny39。螺紋牙的邊界多為直線 ,當(dāng)測(cè)量值 xi 的殘差 v i 的平方和為最小時(shí) ,得到真值的最佳估計(jì)值 ,其擬和直線方程形式如下:pm( x) = a1 + a2( x ? x) (5) 螺紋的提取邊界和擬合后邊界的比較如圖 4 ,圖 5。二值圖像輪廓提取的原理非常簡(jiǎn)單, 就是掏空內(nèi)部點(diǎn), 如果原圖中有一點(diǎn)為黑, 且它的8 個(gè)相鄰點(diǎn)皆為黑, 則將該點(diǎn)刪除。imhist(I)。但是 ,由于鏡頭在 x 方向和 y 方向的畸變和放大倍數(shù)在理論上是不一樣的 ,所以要對(duì)其 x 方向和 y 方向分別進(jìn)行標(biāo)定。螺距是指相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離 ,對(duì)于單線螺紋 ,導(dǎo)程等于螺距。在中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直與螺紋軸線的平面的夾角為螺紋升角 ,它與螺距 P和中徑 d2的關(guān)系為tanφ = nP/πd2(6)式中 ,n為螺紋線數(shù)。其中 ,光子噪聲等主要由器件決定 ,而一些溫度產(chǎn)生的誤差 ,只要給相機(jī)預(yù)熱就可極大地減少 ,其他如暗電流等的噪聲總會(huì)存在 ,但實(shí)驗(yàn)表明它可以忽略不計(jì)。其中 ,修正一般分為兩步 :坐標(biāo)變換和灰度插值。圖像的邊緣是圖像的重要特征之一, 數(shù)字圖像的邊緣檢測(cè)是圖像分割、目標(biāo)區(qū)域識(shí)別、區(qū)域形狀提取等圖像分析領(lǐng)域十分重要的基礎(chǔ), 其目的是精確定位邊緣, 同時(shí)較好地抑制噪聲。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。實(shí)驗(yàn)可以得到系統(tǒng)的像差小于 0. 25 個(gè)像素 ,即光學(xué)系統(tǒng)的誤差約為 177。本文主要簡(jiǎn)單介紹標(biāo)定的具體流程:首先拍攝高精度正交網(wǎng)格板圖像 ,然后提取其網(wǎng)格節(jié)點(diǎn) ,提取時(shí)在節(jié)點(diǎn)附近區(qū)域用理想模版進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算 ,再對(duì)相關(guān)系數(shù)矩陣作二次曲面擬合確定節(jié)點(diǎn)的亞像素位置 ,當(dāng)網(wǎng)格線的寬度合適時(shí) ,相關(guān)法的定位精度可以達(dá)到 0. 01～0. 02 個(gè)像素。而本實(shí)驗(yàn)所采用的 CCD 攝像機(jī)上的 CCD芯片每個(gè)像素大小為:8. 6μm 8. 3μm ,因此 ,可以得出 ,本系統(tǒng)圖像處理部分的精度約為 0. 8μm。牙型半角是牙側(cè)與螺紋軸線的垂線間的夾角α / 2 = 30176。大徑 D 按照擬合直線的交點(diǎn)參數(shù)直接相減計(jì)算即可。3 測(cè)量 測(cè)量系統(tǒng)放大倍數(shù)的標(biāo)定將輪廓進(jìn)行擬合后如果直接計(jì)算得出的參數(shù)只能以像素為單位表示 ,如何將像素結(jié)果轉(zhuǎn)化為實(shí)際距離和長(zhǎng)度則必須借助于測(cè)量系統(tǒng)放大倍數(shù)的標(biāo)定。對(duì)二值圖像進(jìn)行輪廓提取, 得到的圖像見(jiàn)圖5。二值化處理就是把圖像分成目標(biāo)物體和背景兩個(gè)領(lǐng)域, 二值化后的圖像稱(chēng)為二值圖像。按照基本原理的不同 ,比較成熟的亞像素細(xì)分算法有以下幾類(lèi):矩方法、 形心法、 灰度重心法、 擬合算法和數(shù)字相關(guān)法等。39。一般常用一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)來(lái)檢測(cè)邊緣。這兩種算子對(duì)噪聲都有一定的抑制作用, 但不能完全排除檢測(cè)結(jié)果中出現(xiàn)虛假邊緣的情況。 Ρ是表示平滑程度的空間常數(shù)。Laplacian 算子具有各向同性的性質(zhì), 其定義為: 由于拉普拉斯算子是無(wú)方向的, 因而它只需 1 個(gè)模板就行了, 而不像前面的梯度算子需要 2 個(gè)模板分別用于計(jì)算2 個(gè)方向的導(dǎo)數(shù)。從圖像處理的實(shí)際效果來(lái)看, 邊緣定位準(zhǔn), 對(duì)噪聲敏感, Roberts 邊界見(jiàn)圖2(a)。為了計(jì)算簡(jiǎn)便, 常利用小區(qū)域模板和圖像卷積來(lái)計(jì)算近似梯度值, 采用不同的模板計(jì)算偏導(dǎo)數(shù)可產(chǎn)生不同的邊緣檢測(cè)算子, 常見(jiàn)的有 3 種: Roberts 算子、Sobel 算子、Prewitt 算子。邊緣可以分為兩種: 一種被稱(chēng)為階躍性邊緣, 它兩邊像素的灰度值有著顯著的差別。圖像的邊緣是圖像的最基本特征, 邊緣點(diǎn)是指圖像中周?chē)袼鼗叶扔须A躍變化或屋頂變化的那些像素點(diǎn), 即灰度值導(dǎo)數(shù)較大或極大的地方。均值濾波是通過(guò)模板操作實(shí)現(xiàn)一種鄰域運(yùn)算, 即某個(gè)像素點(diǎn)的結(jié)果不僅與本像素灰度有關(guān), 而且與其鄰域的像素值有關(guān)。一些常見(jiàn)的噪聲有椒鹽噪聲、 脈沖噪聲、 高斯噪聲等。圖像濾波方法有空域法和頻域法兩大類(lèi)。本文采用透鏡成像原理獲取螺紋形狀 ,避免了衍射對(duì)測(cè)量精度的影響?！癆SME驗(yàn)收統(tǒng)一英制螺紋、普通螺紋和航空螺紋尺寸的檢測(cè)體系”中就提出了測(cè)內(nèi)外螺紋可以用內(nèi)、外螺紋指示量規(guī)，該指示量規(guī)可測(cè)出內(nèi)外螺紋的單一中徑、作用中徑以及圓度、錐度誤差。（a），這種方法簡(jiǎn)單易行，但精度低，而在精度較高一點(diǎn)的牙型角測(cè)量中，一般用角度規(guī)進(jìn)行，（b），（c）所示，檢測(cè)時(shí)以光隙法靠人來(lái)判斷螺距的準(zhǔn)確度，用樣板檢測(cè)是螺紋最低
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