述所得的其中一副图像进行特征角点识别，根据角点间的距离尺寸获取像素之于实际尺寸的当量因子。 1.3重复上述步骤1.2，完成对八幅图像的角点提取，通过视觉基本原理完成从图像坐标系到摄像机坐标系，再到世界坐标系的转换，计算得到摄像机内参数矩阵和畸变系数，并对摄像机实时图像进行畸变矫正。 1.4将待测量工件置于双目摄像机视野内，棋盘格放置于工件表面，对此时双目摄像机所得棋盘图像进行如上述步骤1.2所述的角点检测，获取待测量工件相对于摄像机的空间转换矩阵。 1.5通过上述对双目摄像机进行的畸变矫正、内参数求取和工件的理论外参数求解，确定被测工件相对于双目摄像机的唯一位姿转换关系。 步骤[2]零件实体图像的异面平行孔特征分析和处理:具体步骤如下: 2.1利用双目摄像机获取不同位资的工件实体灰度图像八幅； 2.2在上述所得的其中一副零件实体图像中设置包含所有轴孔特征的最小处理区域； 2.3利用经典阈值原理绘制最小处理区域像素值统计图，将像素统计图中两个相邻最高峰中间的峰谷像素值定义为黑白图转换的阈值，将图像转为黑白图；同时通过拟合并封闭黑白图像边缘并计算闭合边缘内部像素大小，将单一像素区域或者低于一定阈值区域作为噪点清除； 2.4识别提取零件图像中异面平行孔特征； 2.5重复步骤2.2-2.4，分析八幅不同位姿的零件实体图像并存储类圆信息数据； 步骤[3]零件实体图像的异面平行孔匹配特征点提取:具体步骤如下: 3.1采用最小二乘像素距离的椭圆拟合原理拟合所述零件实体图像上的异面平行孔特征信息； 3.2采用所述相机标定的畸变系数完成异面平行孔特征矫正，将拟合后的圆孔边缘进行精确拟合，并计算相应圆孔中心坐标。 3.3将上述其中一副图像中所得的各圆孔中心任意两两作虚拟直线相连，一条直线可分割圆孔得到两个匹配点，设所述零件异面平行孔共有N个，那在每一个拟合圆孔上所作分割直线共有N-1条，所得分割匹配点则有2* (N-1)个； 3.4为使得后续结果更加精确，在所述对特征圆孔的虚拟直线分割时，分别从拟合圆心开始且与相应圆心连线以1°为步值递增(1°?179° )，共增加179条分割直线。至此具有N个异面平行孔的零件共作分割直线(N-1)*179+(N-1)(条)，所得分割点有2* (N-1) *180 个。 3.8将所述八组零件实体图像分别按上述步骤进行匹配特征点分割并提取。 步骤[4]零件异面平行孔三维信息重构，并分析计算相应圆孔的直径、圆度、孔间距、深度分布等形位偏差参数:具体步骤如下: 4.1根据上述步骤所得零件实体图像的匹配特征点信息及所述双目摄像机标定所得的标定参数将双目图像对应的匹配点坐标转换到世界坐标系内，获取对应点的三维坐标；将所有匹配特征点转换到世界坐标空间，分别获得八组零件图像异面平行孔特征的三维信息; 4.2异面平行孔直径测量:根据所得八组异面平行孔特征的三维点集数据，利用最小二乘原理分别计算图像中异面平行孔的直径，利用最小距离回归原理拟合五组图像中异面平行孔特征对应的直径数据，得到零件异面平行孔的实际直径信息，并结合圆孔的设计直径，计算直径偏差值。 4.3异面平行孔圆度测量:在所得直径的基础上，结合三维点集内各点的三维坐标参数，分别计算最小半径Rmin和最大半径Rmax，得到所述异面平行孔零件单组零件图像下的圆度(Rmax-Rmin)，分别计算八组所述零件图像圆度信息，利用最小距离回归原理拟合得到零件的实际圆度信息； 4.4异面平行孔间距测量:利用最小二乘方式拟合三维点集，获取所述异面平行孔特征的圆心三维坐标，计算各孔在空间内的实际水平距离，并结合各异面平行孔的设计间距，计算各孔间距偏差值； 4.5异面平行孔深度信息测量:利用最小二乘方式拟合三维点集，获取所述异面平行孔特征的圆心三维坐标，计算各孔在空间内的实际垂直距离，并结合各异面平行孔的设计深度，计算深度偏差值。2.根据权利要求1所述的一种零件异面平行孔形位偏差的视觉测量方法，其特征在于:所述步骤[I]中步骤1.2所述的特征角点识别步骤具体如下: (a)拟合并封闭方形棋盘标靶图像边缘并计算闭合边缘内部像素大小，将单一像素区域或者低于一定阈值的区域作为噪点清除； (b)遍历方形棋盘标靶去噪后图像的每个像素，识别像素点八个邻域点的像素值，与中心像素值相差在一定阈值范围内的记为同类像素点。 (C)提取并记录每个像素点在邻域范围的同类点数目，针对方形棋盘格角点特征，选出同类像素点数量为3的类似角点作为预处理点； (d)在预处理点范围内进行传统角点检测并记录所得角点信息。 (e)对所得角点进行四分之一像素分割插值，将方形棋盘格角点测量的尺寸精度转换到更尚像素精度，完成标革G图像角点特征的尚精度提取。3.根据权利要求1或2所述的一种零件异面平行孔形位偏差的视觉测量方法，所述步骤[2]中步骤2.4所述的异面平行孔特征识别提取步骤具体如下: (a)采用传统边界检测方式检测所述零件图像的待处理区域，识别获取区域图像边界信息，并判断检测所得边界区域是否封闭；将不封闭边界根据最短像素距离连接闭合； (b)设置0.8为检测特征圆的参考圆形度，遍历上述拟合封闭的区域边界并计算区域圆形度信息，对圆形度低于参考圆形度的边界作为非轴孔特征区域处理，并将拟合的边界曲线像素转换为代表非边界的白色像素；圆形度满足参考圆形度的边界作保留处理；采用椭圆拟合方式，拟合上述只含有类圆边界轮廓图像的所有边界，并将拟合后的类圆信息记录和保存。4.一种零件异面平行孔形位偏差的视觉测量装置，包括摄像机和零件固定台，其特征在于，所述摄像机为双目摄像机，且垂直安装在摄像机支架的横梁上，所述零件固定台为可回转固定台，并水平设置于双目摄像机下方，双目摄像机在空间呈平行且其光轴垂直于零件固定台端面。5.根据权利要求4所述的一种零件异面平行孔形位偏差的视觉测量装置，其特征在于:所述零件固定台包括底部固定圆盘和上部可回转圆盘，固定圆盘和回转圆盘中间采用滚子轴承连接配合，以保证零件固定台回转方向的自由度，固定圆盘近边缘位置开四个阵列螺纹孔，相应的回转圆盘近边缘位置开弧形槽，用螺柱把回转圆盘固定于固定圆盘上，回转圆盘上方安装背面光源和用于夹持固定被测零件的四个机械结构臂，机械结构臂与旋转圆盘通过螺栓固定连接。6.根据权利要求5所述的一种零件异面平行孔形位偏差的视觉测量装置，其特征在于:所述机械结构臂长度可调，且其表面采用塑料泡沫包覆。
【专利摘要】本发明提供了一种零件异面平行孔形位偏差的视觉测量方法及装置，包括按顺序进行的如下步骤：步骤[1]双目摄像机参数标定；步骤[2]零件实体图像的异面平行孔特征分析和处理；步骤[3]零件实体图像的异面平行孔匹配特征点提取；步骤[4]零件异面平行孔三维信息重构，并分析计算相应圆孔的直径、圆度、孔间距、深度分布等形位偏差参数。本发明不仅能够快速、高效的完成所述零件特征圆孔形位偏差测量，满足高精密测量的精度要求，同时具有测量操作简单、设备维护成本低等优点。
【IPC分类】G01B11/22, G01B11/00, G01B11/14, G01B11/08, G01B11/24
【公开号】CN104897062
【申请号】CN201510362452
【发明人】张从鹏, 侯波, 罗学科, 邢庆辉, 赵康康, 鲁磊
【申请人】北方工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月26日