一種零件異面平行孔形位偏差的視覺測(cè)量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)零件測(cè)量領(lǐng)域，特別是一種零件異面平行孔形位偏差的視覺測(cè)量方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著制造業(yè)的進(jìn)步，有更多的復(fù)雜新型機(jī)械產(chǎn)品出現(xiàn)，而對(duì)復(fù)雜工業(yè)零件測(cè)量精度、測(cè)量時(shí)間的要求也越來越高。創(chuàng)新產(chǎn)品測(cè)量手段，減少測(cè)量所用時(shí)間，是保證產(chǎn)品質(zhì)量、提尚生廣效率的關(guān)鍵步驟。
[0003]具有異面平行孔特征的零件在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具有應(yīng)用廣、數(shù)量多的特點(diǎn)，如常見的發(fā)動(dòng)機(jī)箱體、家用電器(如冰箱、空調(diào))上的壓縮機(jī)箱體等，均含有高精密要求的異面平行孔特征。在具有一定厚度的箱體零件內(nèi)部，多個(gè)直徑不同的異面軸安裝孔呈軸向平行、階梯狀無規(guī)則立體分布，軸孔與高速運(yùn)動(dòng)曲軸精密配合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能。這類零件異面的平行軸安裝孔形位偏差參數(shù)(包括直徑、圓度、孔間距、深度分布)是決定腔體零件質(zhì)量的關(guān)鍵所在。
[0004]對(duì)零件的這種異面平行孔形位偏差的傳統(tǒng)測(cè)量手段主要是接觸式的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或?qū)Ｓ脺y(cè)量設(shè)備，零件復(fù)雜無規(guī)律的異面平行孔特征決定了其測(cè)量點(diǎn)數(shù)量多、測(cè)量步驟復(fù)雜、測(cè)量過程耗時(shí)長(zhǎng)，這在很大程度上降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，且接觸式測(cè)量方式易造成零件表面損傷及測(cè)量設(shè)備磨損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種零件異面平行孔形位偏差的視覺測(cè)量方法及裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的測(cè)量步驟復(fù)雜、測(cè)量過程耗時(shí)長(zhǎng)及易損傷零件和測(cè)量設(shè)備的問題。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種零件異面平行孔形位偏差的視覺測(cè)量方法，包括按順序進(jìn)行的如下步驟:
[0008]步驟[I]雙目攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定:采用高精密標(biāo)定的靶標(biāo)標(biāo)定方式對(duì)所述零件異面平行孔測(cè)量所用雙目攝像機(jī)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，具體步驟如下:
[0009]1.1利用雙目攝像機(jī)獲取尺寸已知的棋盤格標(biāo)靶圖像八幅，八幅圖像為在兩個(gè)攝像機(jī)視野和景深范圍的不同位姿圖像。
[0010]1.2將上述所得的其中一副圖像進(jìn)行特征角點(diǎn)識(shí)別，根據(jù)角點(diǎn)間的距離尺寸獲取像素之于實(shí)際尺寸的當(dāng)量因子。
[0011]1.3重復(fù)上述步驟1.2，完成對(duì)八幅圖像的角點(diǎn)提取，通過視覺基本原理完成從圖像坐標(biāo)系到攝像機(jī)坐標(biāo)系，再到世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，計(jì)算得到攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣和畸變系數(shù)，并對(duì)攝像機(jī)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行畸變矯正。
[0012]1.4將待測(cè)量工件置于雙目攝像機(jī)視野內(nèi)，棋盤格放置于工件表面，對(duì)此時(shí)雙目攝像機(jī)所得棋盤圖像進(jìn)行如上述步驟1.2所述的角點(diǎn)檢測(cè)，獲取待測(cè)量工件相對(duì)于攝像機(jī)的空間轉(zhuǎn)換矩陣。
[0013]1.5通過上述對(duì)雙目攝像機(jī)進(jìn)行的畸變矯正、內(nèi)參數(shù)求取和工件的理論外參數(shù)求解，確定被測(cè)工件相對(duì)于雙目攝像機(jī)的唯一位姿轉(zhuǎn)換關(guān)系。
[0014]步驟[2]零件實(shí)體圖像的異面平行孔特征分析和處理:具體步驟如下:
[0015]2.1利用雙目攝像機(jī)獲取不同位資的工件實(shí)體灰度圖像八幅；
[0016]2.2在上述所得的其中一副零件實(shí)體圖像中設(shè)置包含所有軸孔特征的最小處理區(qū)域；
[0017]2.3利用經(jīng)典閾值原理繪制最小處理區(qū)域像素值統(tǒng)計(jì)圖，將像素統(tǒng)計(jì)圖中兩個(gè)相鄰最高峰中間的峰谷像素值定義為黑白圖轉(zhuǎn)換的閾值，將圖像轉(zhuǎn)為黑白圖；同時(shí)通過擬合并封閉黑白圖像邊緣并計(jì)算閉合邊緣內(nèi)部像素大小，將單一像素區(qū)域或者低于一定閾值區(qū)域作為噪點(diǎn)清除；
[0018]2.4識(shí)別提取零件圖像中異面平行孔特征；
[0019]2.5重復(fù)步驟2.2-2.4，分析八幅不同位姿的零件實(shí)體圖像并存儲(chǔ)類圓信息數(shù)據(jù)；
[0020]步驟[3]零件實(shí)體圖像的異面平行孔匹配特征點(diǎn)提取:具體步驟如下:
[0021]3.1采用最小二乘像素距離的橢圓擬合原理擬合所述零件實(shí)體圖像上的異面平行孔特征信息；
[0022]3.2采用所述相機(jī)標(biāo)定的畸變系數(shù)完成異面平行孔特征矯正，將擬合后的圓孔邊緣進(jìn)行精確擬合，并計(jì)算相應(yīng)圓孔中心坐標(biāo)。
[0023]3.3將上述其中一副圖像中所得的各圓孔中心任意兩兩作虛擬直線相連，一條直線可分割圓孔得到兩個(gè)匹配點(diǎn)，設(shè)所述零件異面平行孔共有N個(gè)，那在每一個(gè)擬合圓孔上所作分割直線共有N-1條，所得分割匹配點(diǎn)則有2* (N-1)個(gè)；
[0024]3.4為使得后續(xù)結(jié)果更加精確，在所述對(duì)特征圓孔的虛擬直線分割時(shí)，分別從擬合圓心開始且與相應(yīng)圓心連線以1°為步值遞增(1°?179° )，共增加179條分割直線。至此具有N個(gè)異面平行孔的零件共作分割直線(N-1)*179+(N-1)(條)，所得分割點(diǎn)有2* (N-1) *180 個(gè)。
[0025]3.8將所述八組零件實(shí)體圖像分別按上述步驟進(jìn)行匹配特征點(diǎn)分割并提取。
[0026]步驟[4]零件異面平行孔三維信息重構(gòu)，并分析計(jì)算相應(yīng)圓孔的直徑、圓度、孔間距、深度分布等形位偏差參數(shù):具體步驟如下:
[0027]4.1根據(jù)上述步驟所得零件實(shí)體圖像的匹配特征點(diǎn)信息及所述雙目攝像機(jī)標(biāo)定所得的標(biāo)定參數(shù)將雙目圖像對(duì)應(yīng)的匹配點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系內(nèi)，獲取對(duì)應(yīng)點(diǎn)的三維坐標(biāo)；將所有匹配特征點(diǎn)轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)空間，分別獲得八組零件圖像異面平行孔特征的三維信息；
[0028]4.2異面平行孔直徑測(cè)量:根據(jù)所得五組異面平行孔特征的三維點(diǎn)集數(shù)據(jù)，利用最小二乘原理分別計(jì)算圖像中異面平行孔的直徑，利用最小距離回歸原理擬合五組圖像中異面平行孔特征對(duì)應(yīng)的直徑數(shù)據(jù)，得到零件異面平行孔的實(shí)際直徑信息，并結(jié)合圓孔的設(shè)計(jì)直徑，計(jì)算直徑偏差值。
[0029]4.3異面平行孔圓度測(cè)量:在所得直徑的基礎(chǔ)上，結(jié)合三維點(diǎn)集內(nèi)各點(diǎn)的三維坐標(biāo)參數(shù)，分別計(jì)算最小半徑Rmin和最大半徑Rmax，得到所述異面平行孔零件單組零件圖像下的圓度(Rmax-Rmin)，分別計(jì)算八組所述零件圖像圓度信息，利用最小距離回歸原理擬合得到零件的實(shí)際圓度信息；
[0030]4.4異面平行孔間距測(cè)量:利用最小二乘方式擬合三維點(diǎn)集，獲取所述異面平行孔特征的圓心三維坐標(biāo)，計(jì)算各孔在空間內(nèi)的實(shí)際水平距離，并結(jié)合各異面平行孔的設(shè)計(jì)間距，計(jì)算各孔間距偏差值；
[0031]4.5異面平行孔深度信息測(cè)量:利用最小二乘方式擬合三維點(diǎn)集，獲取所述異面平行孔特征的圓心三維坐標(biāo)，計(jì)算各孔在空間內(nèi)的實(shí)際垂直距離，并結(jié)合各異面平行孔的設(shè)計(jì)深度，計(jì)算深度偏差值。
[0032]進(jìn)一步的，所述步驟[I]中步驟1.2所述的特征角點(diǎn)識(shí)別步驟具體如下:
[0033](a)擬合并封閉方形棋盤標(biāo)靶圖像邊緣并計(jì)算閉合邊緣內(nèi)部像素大小，將單一像素區(qū)域或者低于一定閾值的區(qū)域作為噪點(diǎn)清除；
[0034](b)遍歷方形棋盤標(biāo)靶去噪后圖像的每個(gè)像素，識(shí)別像素點(diǎn)八個(gè)鄰域點(diǎn)的像素值，與中心像素值相差在一定閾值范圍內(nèi)的記為同類像素點(diǎn)。
[0035](C)提取并記錄每個(gè)像素點(diǎn)在鄰域范圍的同類點(diǎn)數(shù)目，針對(duì)方形棋盤格角點(diǎn)特征，選出同類像素點(diǎn)數(shù)量為3的類似角點(diǎn)作為預(yù)處理點(diǎn)；
[0036](d)在預(yù)處理點(diǎn)范圍內(nèi)進(jìn)行傳統(tǒng)角點(diǎn)檢測(cè)并記錄所得角點(diǎn)信息。
[0037](e)對(duì)所得角點(diǎn)進(jìn)行四分之一像素分割插值，將方形棋盤格角點(diǎn)測(cè)量的尺寸精度轉(zhuǎn)換到更高像素精度，完成標(biāo)靶圖像角點(diǎn)特征的高精度提取。
[0038]進(jìn)一步的，所述步驟[2]中步驟2.4