【正文】 性以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景 ,同時(shí)在全量程內(nèi)又能夠保證足夠高的測量精度和測量效率 。隨著量程的增大 ,測量精度和測量效率迅速下降。在傳統(tǒng)的測量方法中為了實(shí)現(xiàn)全尺寸測量 ,常用的做法是將被測物固定在一個精密旋轉(zhuǎn)臺或平移臺上 ,測量裝置每次測量被測物體的局部三維形貌 ,最后將各個部分拼接起來。使用以被測物體為中心的測量方法 ,被測物體在測量過程中保持靜止 ,由便攜式測量設(shè)備圍繞被測物體旋轉(zhuǎn)和位移 ,在不同的視角對被測物體的各個部分進(jìn)行測量 ,并最終將測量結(jié)果統(tǒng)一到全局坐標(biāo) 系之下。由于應(yīng)用場景的環(huán)境多變 ,溫度、濕度、光照以及機(jī)械震動均會對測量過程產(chǎn)生影響。 第四 ,測量系統(tǒng)應(yīng)采用非接觸式的測量方法。另一方面 ,接觸式測量往往意味著逐點(diǎn) 測量 ,從而限制了測量效率。這種方法具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摶A(chǔ) ,量程具有較大的彈性 ,測量精度和效率較高 ,對測量裝置與被測物體的空間關(guān)系無硬性要求 ,魯棒性好 ,可實(shí)現(xiàn)非接觸式測量 ,是解決大尺度三維幾何尺寸測量最具可行性的方案。國內(nèi)也有包括天津大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京郵電大學(xué)、大連理工大學(xué)、燕山大學(xué)、上海交通大學(xué)、四川大學(xué)、東南大學(xué)、南京航空航天 大學(xué)等許多院校和研究機(jī)構(gòu)對這一領(lǐng)域進(jìn)行了研究 ,并在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用 ,但總體的研究水平尤其是實(shí)際應(yīng)用水平與國外仍有很大差距 ,特別是能夠同時(shí)滿足上述四個要求的相關(guān)技術(shù)尚未見報(bào)道。它通過探針沿導(dǎo)軌的直線運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)精確的坐標(biāo)測量 。但是這種技術(shù)屬于接觸式測量 ,不易準(zhǔn)特征點(diǎn)。 (2)經(jīng)緯儀測量系統(tǒng) 經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)是由二臺以上的高精度電子經(jīng)緯儀構(gòu)成的空間角度前方交會測量系統(tǒng) ,是在大尺度測量領(lǐng)域應(yīng)用最早和最多的一種系統(tǒng)。其不足是一般采用手動照準(zhǔn)目標(biāo) ,逐點(diǎn)測量 ,測量速度慢 ,自動化程度不高。 其測量原理是在經(jīng)緯儀的基礎(chǔ)上加上一個測距系統(tǒng)從而構(gòu)成空間極 (球 )坐標(biāo)測量系統(tǒng)。典型的儀器如萊卡的 TDA5005 型全站儀 ,全站儀的局限之處在于需要在被測物體上安裝標(biāo)志物配合測量 ,因而屬于接觸式測量。儀器由測量臂、碼盤、測頭等組成 ,各關(guān)節(jié)之間測量臂的長度是固定的 ,測量臂之間的轉(zhuǎn)動角可通過光柵編碼器實(shí)時(shí)得到。 但由于關(guān)節(jié)臂長的限制 ,它的測量范圍有限。一與 GPS 不同的是 ,室內(nèi) GPS 采用室內(nèi)激光發(fā)射器來模擬衛(wèi)星 。與經(jīng)緯儀系統(tǒng)不同的是 ,它不是通過度盤來直接測量角度 ,而是通過接收紅外激光來間接 得到角度值 ,因而就不再需要人眼去瞄準(zhǔn)待測點(diǎn)了。實(shí)際測量時(shí)又可以分為單站距離、角度法和多站純距離法 。光跟蹤儀的缺點(diǎn)類似全站儀 ,即需要標(biāo)志物的配合。由發(fā)射器向被測目標(biāo)發(fā)射高 頻聲波脈沖或經(jīng) 過調(diào)制的聲波信號 ,聲波到達(dá)目標(biāo)后被發(fā)射回來 ,由探測器接收。 聲學(xué)測距己經(jīng)有許多便攜式的設(shè)備。同時(shí)受制于聲波的頻率 ,單純的超聲波測距范圍為十?dāng)?shù)米 ,精度在 1%左右 ,若采用復(fù)合型測距系統(tǒng) ,先用絕對距離法粗測 ,再用相對距離法高精度測量 ,可以提高系統(tǒng)測量精度。主要包括激光相位測距和激光脈沖測距腳。基于脈沖法測距的激光掃描儀精度較低 ,一般為毫米級 ,但是其測量范圍較相位測距要長。該技術(shù)具有架設(shè)方便、非接觸、測量迅速、精度較高以及魯棒性好 等優(yōu)點(diǎn)。 該系統(tǒng)最大掃描范圍為 2mx2mx2m,測量精度 lmm,測量時(shí)間 25s。 1. 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 目前，視覺檢測技術(shù)被廣泛應(yīng)用于瓜果品質(zhì)的無損檢測中。 Rehkugler 和Krop 1986 年研究了利用視覺進(jìn)行蘋果表面碰壓傷檢測并依據(jù)蘋果標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分組，研制成功了利用機(jī)器視覺進(jìn)行缺陷檢測和分級的蘋果處理設(shè)備。此外，視覺檢測技術(shù)還廣泛應(yīng)用于對蔬菜、谷物、煙葉等的缺陷、類別及等級檢測中。美國三大汽車公司相繼與美國Michigan 大學(xué)和 Perceptron 公司合作，成功研制了用于對汽車零部件、分總成和總成產(chǎn)品進(jìn)行尺寸控制的自動視覺檢測系統(tǒng)。國內(nèi)天津大學(xué)精密測試技術(shù)及儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成功研制了 IVECO 白車身激光視覺檢測站和一汽大眾 Jieta 轎車白車身 100％在線視覺檢測站及一汽解放新型卡車在線檢測站，實(shí)現(xiàn)了整車總成的三維尺寸自動在線測量。除此之外，視覺檢測技術(shù)在工業(yè)的各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，如電子工業(yè)中印刷電路板、集成電路和光掩膜等的生產(chǎn)工藝流程中，通過對所獲得的圖像進(jìn)行 處理和識別來判斷制作線路的正誤，從而來保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量；冶金工業(yè)中鋼板表面的自動探傷、赤熱鋼板切割位置定位；玻璃制品行業(yè)中的產(chǎn)品檢測，如產(chǎn)品外形檢測（高度、直徑、不規(guī)則程度等）、內(nèi)部缺陷檢測（裂紋、氣泡等）；機(jī)械零件的自動識別及幾何尺寸測量、表面粗糙度和表面缺陷檢測；在現(xiàn)代制藥工業(yè)中，對藥品包裝的檢測及對藥片顏色、尺寸、形狀等的檢測；對磁磚等建筑裝飾材料的表面質(zhì)量及顏色的檢測；用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)自動測量圓木的體積；基于計(jì)算機(jī)視覺的織物疵點(diǎn)的檢測；利用視覺技術(shù)對皮革缺陷的檢測等等。隨著計(jì)算機(jī)視覺理論研究不斷深入，視覺檢測將很快在各行各業(yè)中廣泛應(yīng)用。 視覺檢測系統(tǒng)大多用在工業(yè)現(xiàn)場及工業(yè)生產(chǎn)線中，對于在線實(shí)時(shí)檢測，如何將視覺測量系統(tǒng)嵌入到生產(chǎn)線相應(yīng)的工序中，使測量速度與生產(chǎn)線節(jié)拍相一致，是視覺測量走上實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵一步。因此，使用專用硬件實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于環(huán)境的處理算法，可大大提高圖 像處理速度。 從 CAD 系統(tǒng)中提取零件視覺模型與檢測信息（包括零件位置與方向、攝像機(jī)視角等），選定檢測項(xiàng)目、檢測點(diǎn)和檢測路徑，建立智能檢測規(guī)劃，并控制工業(yè)機(jī)器人抓取零件并放置到合適的位置進(jìn)行檢測。 與視覺系統(tǒng)相比，坐標(biāo)測量機(jī)（ Coordinate Measurement Machine， CMM ） 在檢測精度和測量空間范圍上占有很大優(yōu)勢，因此，基于 CMM 的視覺檢測系統(tǒng)已經(jīng)成為視覺檢測技術(shù)的一種新趨勢。同時(shí)深入研究亞像素定位技術(shù)，使之應(yīng)用到實(shí)際的檢測系統(tǒng)中，以提高檢測精度和降低系統(tǒng)成本。 目前幾乎所有的計(jì)算機(jī)視覺檢測系統(tǒng)都只適用于解決特定的檢測任務(wù)，建立一種較為通用的視覺檢測系統(tǒng)，以適用于不同條件下的檢測任務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)進(jìn)行 。 ，是目前和將來視覺檢測系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。 視覺測量技術(shù)作為一種新興的檢測技術(shù)，現(xiàn)代工業(yè)為其提供了巨大的需求空間?？傊?，隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)自身的成熟和發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺測量技術(shù)必將在現(xiàn)代和未來制造企業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)利用試驗(yàn)樣機(jī) ， 對底盤大梁試樣進(jìn)行檢測試驗(yàn)研究 ,分析運(yùn)動速度對檢測結(jié)果的影響關(guān)系 ,最終完成汽車底盤大梁在線視覺測量系統(tǒng) 試驗(yàn)研究 。主要介紹了視覺測量技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，以及視覺測量的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用。 第二章 主要具體 介紹本文采用的 汽車底盤大梁 視覺 動態(tài) 測量系統(tǒng)原理及 選用的硬件和軟件結(jié)構(gòu) 。主要詳細(xì)介紹了圖像數(shù)字模型，圖像的去噪，圖像邊緣檢測的幾種算法及圖像復(fù)原的方法。 第五 章 全文 工作 總結(jié) 。計(jì)算機(jī)視覺測量技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺理論在工業(yè)生產(chǎn)中的重要應(yīng)用之一 ,視覺檢測的大量程、大視場、非接觸、高精度、無損檢測等特點(diǎn) ,使其發(fā)展前景廣闊。 視覺檢測系統(tǒng)的任務(wù)是由二維圖像感知環(huán)境三維信息 ,視覺檢測系統(tǒng)應(yīng)該能從攝像機(jī)獲取的圖像信息出發(fā) ,計(jì)算三維環(huán)境物體的位置、形狀等幾何信息 ,并由此識別環(huán)境中的物體 。 視覺測量技術(shù)按照照明方式和幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系的不同分為主動視覺檢測和被動視覺檢測兩類。 在視覺測量中 ,用激光作光源可產(chǎn)生各種結(jié)構(gòu)光 :點(diǎn)結(jié)構(gòu)光、線結(jié)構(gòu)光、及多線結(jié)構(gòu)光 ,用一個和多個 CCD 攝像機(jī)來接收 ,通過一定算法來獲取結(jié)構(gòu)光所攜帶的被測物體的三維信息 。按激光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)光的形式 ,激光視覺傳感器可 分為點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器、線結(jié)構(gòu)光傳感器、及多線結(jié)構(gòu)光傳感器。 (2)線結(jié)構(gòu)光傳感器 :半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)柱面鏡變成線結(jié)構(gòu)光 ,投射到被測區(qū)域形成一激光帶 ,用面陣 CDC 攝像機(jī)接收散射光 ,從而獲得被測表面區(qū)域的截面形狀或輪廓。 系統(tǒng)的原理介紹 根據(jù)測量的實(shí)際需要 ,本測量系統(tǒng) 光源 采用 LED 面 光源 。 到達(dá)結(jié)束位置后， CCD 照相機(jī)再往回移動進(jìn)行第二次測量保證精確度。由于要實(shí)現(xiàn)模擬動態(tài)測量的實(shí)驗(yàn)研究 ,所以硬件部分還包括傳動裝置。 底盤大梁尺寸和孔徑 CCD 采集圖像 圖像預(yù)處理 圖像去噪，還原，拼接等一系列操作 數(shù)據(jù) 采集卡圖像傳 入 PC 大梁 孔徑 提取 數(shù)據(jù)處理 參數(shù)顯示 各部分硬件功能簡介 有測量系統(tǒng)硬件的選擇 ,主要針對從前端的圖像信息傳感組成到末端的計(jì)算機(jī)。 硬件組成 通常情況下，汽車縱梁尺寸機(jī)器視覺在線自動檢測系統(tǒng)的硬件部分指的數(shù)字圖像采集部分，主要由光源、光強(qiáng)傳感器、接近開關(guān)傳感器、工業(yè) CCD、 計(jì)算機(jī)、圖像采集卡、圖像儲存單元等設(shè)備出口組成。所以一方面為了減少拼接時(shí)的運(yùn)算量，提高拼接速度，確保前后兩幅圖像序列有一定的重疊區(qū)域。結(jié)合這種實(shí)際的應(yīng)用需求和當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，在前人工作的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了汽車縱梁裝配工藝孔機(jī)器視覺在線自動檢測系統(tǒng)，其主要的功能是通過輸入設(shè)備 (光學(xué)子系統(tǒng)、 CCD攝像頭、圖像采集 卡 )對監(jiān)控的對像進(jìn)行圖像采集，然后由主計(jì)算機(jī)控制存儲到存儲設(shè)備中，并且經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件處理系統(tǒng)的分析、處理之后，輸出相應(yīng)的信息到輸出設(shè)備。沒有一種通用照明系統(tǒng)能夠適用 于任何類型的工作模式，因此為了在有限條件下達(dá)到最大的穩(wěn)定性，從現(xiàn)有的各種照明系統(tǒng)中，選擇適合應(yīng)用目的的最佳照明光源是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟之一。但是，這些光源的一個最大缺點(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。 照明方式選擇 在所述長槽內(nèi)位于該導(dǎo)光板外側(cè)位 置還卡設(shè)有用以發(fā)散經(jīng)導(dǎo)光板傳出的光線擴(kuò)散片。與傳統(tǒng)的燈具相比，具有節(jié)能：省電 55%；環(huán)保：光源無有害物質(zhì)，且能回收；使用壽命長：達(dá) 5萬小時(shí)。 本檢測系統(tǒng)中照明系統(tǒng)的選擇應(yīng)遵循的原則首先要使被測部分或特征清楚的周圍的背景區(qū)分開來。再者要減少反射，這樣可以減少由于光照而給圖像帶來的額外的噪聲，使汽車縱梁盡量以不失真的面貌成像，減少圖像處理算法的步驟，并要盡量屏蔽環(huán)境光線的影響。采用封閉的照明方案或者增強(qiáng)光照強(qiáng)度就可以屏蔽周圍環(huán)境光線的影響。如果認(rèn)為不適當(dāng)?shù)膱D像 采設(shè)備、照明系統(tǒng)可以被后續(xù)的圖像處理算法輕易的消除，那么就犯了一個十分嚴(yán)重的錯誤，其代價(jià)也是非常大的。光源的光強(qiáng)、光照穩(wěn)定性及均勻性等都會對系統(tǒng)的精度和重復(fù)性帶來很大的 影響，有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)失敗。 如圖所示： 面陣 CCD CCD(ChargeCoupledDeviee)即電荷藕合器件 ,是一種新型的固體成像器件 ,它是在大規(guī)模硅集成電路工藝基礎(chǔ)上研制而成的模擬集成電子芯片 ,它既具有光電轉(zhuǎn)換功能 ,又具有信號電荷的存儲 !轉(zhuǎn)移和讀出功能。 根據(jù)光敏像素的排列方式 ,CDC 攝像器件可分為面陣 CCD 和線陣 CCD 兩大類 。 被測對象的光信息通過光學(xué)成像系統(tǒng)成像于 CCD 的光敏表面 ,CCD 的光敏象元將光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電荷量 ,CCD在一定頻率的時(shí)鐘脈沖的驅(qū)動下 ,在其輸出端可以獲得被測對象的視頻信號。系統(tǒng)中所用的 CCD 攝像機(jī)為臺灣敏通公司生產(chǎn)的 MTV 一 188lEX 攝像機(jī)。 (CCIR)。 圖像采集卡 圖像采集是機(jī)器視覺系統(tǒng)最前端環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)的任務(wù)主要是計(jì)算機(jī)從圖像采集硬件設(shè)各中得到圖像。因此圖像采集設(shè)備的選擇是機(jī)器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。圖像采集卡是 ALV視覺的一個重要環(huán)節(jié)。 (1)圖像信號的接收與 A／ D轉(zhuǎn)換模塊，負(fù)責(zé)圖像信號的放大與數(shù)字化。同時(shí)，不同的采集卡有不同的采集精度，一般有 8Bit和 lOBit兩種。 (3)總線接口，負(fù)責(zé)通過 Pc機(jī)內(nèi)部總線高速輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，一般是 PCI接口，傳輸速率可高達(dá) 130Mbps，完全能勝任 高精度圖像的實(shí)時(shí)傳輸，且占用較少的 CPU時(shí)間。 本檢測系統(tǒng)采用維視數(shù)字圖像技術(shù)有限公司的工業(yè)圖像采集卡，是一款成熟穩(wěn)定的高精度真彩色 (黑白 )實(shí)時(shí)工業(yè)圖像采集卡，硬件結(jié)構(gòu)和底層函數(shù)很穩(wěn)定，硬件兼容性能好，并能在各種專用及較惡劣的工作環(huán)境中穩(wěn)定地工作。獨(dú)特的視頻輸入濾波技術(shù)端口，極大地提高了圖像采集的清晰度和顯示速度；使用多片 MY一 200，可以做到多通道、多窗口同時(shí) 實(shí)時(shí)地顯示視頻輸入信號，無需分時(shí)進(jìn)。 考慮到軟件對計(jì)算機(jī)性能要求比較高，本文采用 inter I5 處理器 及 AMD Radeon HD 7640 顯卡 PC 機(jī)。找出最優(yōu)速度。當(dāng)整個縱梁都采集完畢后，攝像及照明裝置返回，在此期間，由計(jì)算機(jī)對采集到的圖像進(jìn)行處理和拼接，由識別的結(jié)果發(fā)出合格與否的判斷信號，完成一個工作循環(huán)。 接近開關(guān)傳感器 在各類開關(guān)中，有一種對接近它的物件有 。 能力的元件 — 位移傳感器。接近開關(guān)動作靈敏、穩(wěn)定可靠。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的接近開關(guān)時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。很顯然，此類接近開關(guān)只適用于對導(dǎo)電物體的接近探測與控制。這個外殼在測量中通常是接地或與設(shè)備相連。 3．霍爾接近開關(guān) 霍爾元件是一種磁傳感器元件。當(dāng)磁性物體移近霍爾開關(guān)時(shí)，開關(guān)檢測面上的霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別出附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開關(guān)的通與斷。渦流式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，其工作原理由 Lc高頻振蕩器和放大處理電路組成。因此，在振蕩電路后而接上放大電路與輸出電路，就能檢測識別出有無金屬物體接近，并能給出相應(yīng)的控制信號去控制繼電器或其他電器，進(jìn)而控制開關(guān)的接通或斷開，以達(dá)到控制目的。 本檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思