基于图像处理的平面度检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及平面度测试领域，特别涉及一种基于图像处理的平面度检测系统。
【背景技术】
[0002] 随着机械工业飞速发展，机械行业的工厂实验室及其质检部门、长度计量测试部 门对平面度和直线度的检测量也随之加大。在机械加工中，平面度误差和直线度误差是评 定工件表面平整度和直线度的重要指标。它的大小能反映一个国家的精密加工的水平。因 此，平面度误差和直线度误差测量技术是精密测试技术中重要研究内容之一。在测试过程 中，选择一个合适的仪器设备是精准快捷测量的关键。测量数据的处理方法简单、便利、快 捷，是目前和今后相当长一段时间内必不可少的工作方向和目标。
[0003] 目前国内外对平面度检测的方法有很多，如间隙法、光轴法、自准直仪测量法等。 检测数据最终输出的形式也有多种。
[0004] 电子水平仪和计算机构成的数据采集处理系统，对平面度和直线度进行检测。它 是在传统水平仪的基础上，为水平仪扩展了一个可读写数据存储器(FRAM)和一个控制面 板，利用单片机自动记录测量数据，通过串口通信将数据传入计算机，经过数据处理评定平 板平面度误差，并且判定平板的等级。测量方法以水平仪测量法为基础，因此测量的基准 面为水平面。严格来讲，用水平仪测量时，基准平面建立在通过被测平面上某一测试点并与 水平仪初始位置平行的平面上，这一平面与水平面成某一角度。使用VC++语言编写的软件 程序，实现了由水平仪读入的数据的坐标转换和处理，并能绘制出被测平板平面的三维起 伏形状图，对评定的实际平面度误差和平板允许的误差范围进行比较，判断平板等级，打印 输出评定结果。
[0005] 激光平面度系统，主要采用激光准直扫描法，将稳定的激光束，沿回转轴线射向五 角棱镜，当五角棱镜随回转轴系转动时，经五角棱镜折射后的出射光线扫描出一个基准光 平面。通过光电接收系统在被测平面上按照规定的位置移动，接收系统得到被测平面上各 测点相对于基准光平面的高度变化量。对此测得的数据进行数据处理就可以获得被测平面 的平面度误差。美国的汉黙公司生产研发的激光几何测量校准直系统在平面度、直线度、平 行度及垂直度方面都有很好的效果。精度可达到很高的要求，通常用于精密仪器的校正检 验。
[0006] 基于图像技术的平面度检测系统。图像测量，是在测量被测对象时，把图像当作检 测和传递信息的手段或载体加以利用的方法，其目的是从图像中提取有用的信息。其主要 通过CCD或CMOS等图像传感器对测量信息进行采集，然后将图像传到PC机上，在可视化软件 环境下通过数字化处理，根据像素的分布，颜色和亮度等信息，来进行平面度的判别。这种 平面度检查仪能对检测平面进行有效视频显示，将误差检测的可视化程度大大的提高了。
[0007] 随着计算机技术和光电技术的发展，基于视觉图像的检测技术运用的越来越多。 在国外，基于计算机视觉的非接触自动测量技术，处于世界领先地位。国外许多大学，科研 机构都把光学仪器和图像传感器相结合，研制了许多基于机器视觉的新型光电测量仪器。 图像传感器在测试领域中的应用成为现行检测方法的必然趋势，它能为用户带来直观、精 准及快捷检测结果，并节约时间，提高检测效率。
[0008] 综上所述，对目前企业及质检部门使用的平面度检查仪进行智能图像化改造是可 行的，也是检测技术发展方向的必然趋势。在平板、平面及直线导轨等设备的检测过程中， 主要采用人眼观察，读取偏差角度，然后经过测算来确定平面度等级。但这种方法读数过程 繁琐、测量时间长、易受人为主观因素影响。在这种背景下，机器视觉平面度测试系统，具有 重要的实际意义。
【发明内容】
[0009] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供基于图像处理的平面度 检测系统，其设备具有成本低，操作方法简便，测试结果直观性、提高工作效率等特点。
[0010] 为达到上述目的，本发明的技术方案为：
[0011]基于图像处理的平面度检测系统，由依次连接的图像采集模块、图像处理模块、数 据处理模块及图像成像模块组成;其中，图像采集模块包括一位于被测平板上方的反射镜、 光源摄像头及图像采集卡，光源发出激光，由被测面反射后经反射镜进入摄像头，通过入射 光与出射光夹角算出平面上两点间的角度值，在图像成像模块中显示出角度示值的刻线；
[0012] 之后，图像采集模块完成图像成像模块所显示刻线的采集工作，将采集的图像数 据进行去除噪音干扰、图像锐化、灰度变换预处理，确定图像中信号有无，将无用的信息去 除，增强有用的特征信息，将不完整的特征信息修复复原；
[0013] 图像处理模块:将预处理完成的图像再进行图像处理，通过去噪声、去干扰，增强 处理、图像复原将原始图像加工成便于计算机识别的图像，之后通过图像识别对图像处理 后的可用图像进行特征提取、分类、分析；
[0014] 数据处理模块：图像处理后的数据由数据采集卡送至数据处理模块，数据处理模 块将图像处理后的数据通过平面度计算公式，计算出各采集点相对于理想平面的距离偏 差，并算出平面度误差值，同时数据处理模块中由三位图像拟合，直观看出平面的误差分布 情况。
[0015] 进一步的，所述图像采集模块通过CCD工业摄像机摄取平面测试件反射光线图像， 经USB接口输出，进入Mat lab图像处理系统，完成图像滤波、去噪、二值化和特征参数提取的 处理过程，最后由操作界面显示测量结果数据和被测平面三维示意图。
[0016] 进一步的，所述图像采集模块测量的角度在图像上反应为两条刻线的距离，CCD摄 像头安装在成像模块的读数窗口上，成像模块的光照度足够用于CCD摄像机图像的摄取， CCD的工作是捕捉成像模块中刻线图像，图像摄取后CCD数据由图像采集卡完成数据的传输 工作，采集卡选用MV-800工业高清图像采集卡。
[0017] 进一步的，所述图像处理模块与数据处理模块中，图像处理是将图像中刻线的宽 度以及刻线与起始位置的距离计算出来，CCD摄取的原始图像为几条刻线，将图像中成像模 块背景图像的反光作用以及背景中细微线纹进行图像噪音去除，针对不同的噪声成分采用 不同的去噪方法使得预处理图像更理想。
[0018] 相对于现有技术，本发明的有益效果为：
[0019] 对现有使用设备和仪器进行改进。通过对检测数据进行CCD图像信息采集、数据转 换传入计算机，在MATLAB环境下，分析处理数据并对被测平面进行三维仿真，最终为测量工 作提供快捷而有效的检测平台。在为企业提高工作效率的同时，也扩展了研究面，为后续的 仪器设备的改进做了一个很好的开始，符合了社会发展的需要。使学术理论和实践的结合 更加紧密，为行业的发展、社会的发展提供了很好的思路。
[0020] (l)CCD对平面度的采集
[0021] 首次提出将CCD引入到平面度检查中，利用图像充当检测和传递信息的手段进行 检测，通过图像处理和分析，提取特征参数，得到测量结果和数据，实现了计算机自动化测 量。
[0022] (2)友好人机界面设计
[0023] 在淮安市计量测试所长期宝贵经验的积累上，设计人机交互界面，实现检测系统 的功能设置和数据存储、查询、警示、打印等管理操作。
[0024] 现在大部分企业都是采用的人工检测、计算的方式，微机化没有推广和普及，这种 检测方式精度低、劳动强度大，检测手段原始，已经跟不上时代的信息化发展，需提高与改 进。本智能CCD平面度检测系统能够自动显示平面测量结果，并具备警示和打印功能，提高 了检测效果和效率。
[0025] (3)实际表面三维拟合再现
[0026]运用三维曲面拟合技术，根据观测点坐标和测量平面度数据，仿真被测平面。通 过三维仿真曲面，显示出被测面的平面度情况，可直观体现测量结果数据的准确度。
[0027] (4)采用激光校准直线方式
[0028]系统采用激光校准系统，使得测量工作人性化、操作简便灵活，降低了劳动强度。 [0029]本发明采用MV-800工业高清图像采集卡，它支持两路复合视频输入和一路S-Video输入，分辨率720*576。置-800工业高清图像采集卡采集lObit的高画质高清晰图象， 采用多层滤波，画面分辨率高，色彩更加丰富艳丽，图像采集的实时性能更强，采样频率更 高，运动图像软件处理不拉毛、不拉丝、不托影，图像质量得到最大增强;性能更为稳定。MV-800工业高清图像采集卡采集窗口大小可调，同时性价比高、兼容性好，也是本设计选择原 因之一。
【附图说明】
[0030]图1为本发明系统框图。
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