砌ｎ蝴ｏｎｄ嘲工艺与检测
轴类零件尺寸测量专用影像系统的研究‘
叶晓平
（丽水学院机电与建工学院，浙江丽水３２３０００）
摘要：介绍了高精度尺寸测量影像系统研究的意义，以及系统的原理、组成和各部分的功能，并阐述了影像
测量中的基本算法原理。
关键词：影像测量ＣＣＤ
图像采集运动控制
ＳｙｓｔｅｍｆｏｒＡｘｌｅＰａｒｔｓ
３２３０００－ＣＨＮ）
Ｓｔｕｄｙ（Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｎＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＩｍａｇｅ
ＹＥＸｉａｏｐｉｎｇ
ｏｆＭｅｅｈａｔｒｏｎｉｃａｎｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ－ＬｉｓｈｕｉＣｏｌｌｅｇｅ。Ｌｉｓｈｕｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｔｈｅｈｉｇｈ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｍａｇｅｓｙｓｔｅｍ，
ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｅａｃｈｐａｒｔ．Ａｎｄｉｔｅｘｐｏｕｎｄｓｔｈｅｂａｓｉｃｉｍａｇｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩｍａｇｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ＣＣＤ；ＩｍａｇｅＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ＭｏｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ
图像测量技术就是将数字图像处理技术应用到精密测量领域。图像测量系统的测量原理是通过对被测物体图像边缘的处理和计算从而获得物体的几何参万方数据数，实现对物体的精确测量。基于图像传感技术的非接触测量是当今测量技术发展的新方向，图像与坐标测量技术相结合、传感与信息处理相结合是现代计算机信息技术在测量中应用的新领域。
本文旨在研究应用于生产线上的轴类零件的基本尺寸与形状精度检测系统，主要包括研制专用图像测量平台以及开发相应的软件系统。整个系统的组成结构如图１所示。
在载物台上的工件通过物镜放大，由ＣＣＤ摄影后转化成数字信号输出到电脑上成像，然后结合专用的软件进行测量、检查、观察、后期数据处理的测量仪器。
其中图像处理单元是由图像采集卡、ＣＣＤ和物镜组成，完成对工件轮廓图像的摄取，通过软件实现对得到的数字图像进行滤波、校正等预处理，然后通过设计的图像边缘提取算法获得边缘图像的位置数据，根据每个边缘采集的数据进行边的拟合，最后根据所拟合的各边计算它们之间的相关位置以及尺寸。光栅传感器则在整个测量过程中准确地给出平台的精确位置信息，并且提供整个检测系统的参考坐标系。工作台的运动是由上位机发命令给运动控制卡，运动控制卡根据上位机发的命令控制步进电动机的运动实现工作台的ＸＹＺ方向的运动。
１．２
运动控制单元
控制系统是坐标测量机的关键组成部分之一。其
主要功能是：读取空间坐标值，控制测量瞄准系统对测头信号进行实时的响应与处理，控制机械系统实现测
田１系统的结构框图
量所必需的运动，实时监控坐标测量机的状态以保障整个系统的安全性与可靠性，还包括对坐标测量机进行几何误差与温度误差补偿以提高坐标测量机的测量精度等。
本系统的运动控制部分由光栅、步进电动机、运动控制卡组成，被测物体在水平面的运动是由载物平台
ｌ
１．１
系统总体设计
系统测量原理
影像测量仪属于光机电一体化仪器，它是将安置
＠尝篓三磐
万方数据
ｓｉｔ浙江省科技计划重点项目（２００６Ｃ２１０６５）
・１０５・
工艺与检测Ｔｅｃｈ呦ａｎｄＴ鲫
的ｘ和ｙ两个方向合成的；而ＣＣＤ和上光源的垂直方向的运动是由垂直方向的电动机带动。在ＸＹＺ方向都安装了光栅尺，通过运动控制卡获得机台三个方向的位置。运动控制系统目的就是满足检测平台的三维运动控制。运动控制系统是通过运动控制卡对光栅位置的确定并把数据发给计算机进行处理，再通过运动控制卡对电动机的控制，实现对机台的闭环控制下的运动。其逻辑框图如图２所示。
图２运动控制单元逻辑框图
本系统采用美国著名的ＰＭＣ公司研发的ＰＣＩ一１４４０型运动控制卡，精度和适用条件完全满足系统的要求。图３所示为整个运动控制单元的实现框图。
万方数据
图３运动控制单元实现框图
１．３
图像采集单元
图像采集系统由物镜、ＣＣＤ、图像采集卡、计算机
等组成，如图４所示。ＣＣＤ将局部视场内的光学图像信号转换成带有图像空间信息的电信号，与同步信号合成完整的视频信号，由同轴电缆输出到图像采集卡中。图像采集卡具有同步控制自动Ａ／Ｄ转换以及能够卡上存储大量数据的功能，它通过计算机软件及同步脉冲触发，在驱动器的同步控制下对ＣＣＤ输出的视频信号经Ａ／Ｄ转换成图像数据，存放在图像卡的帧存贮体中，供计算机进行各种处理操作。
本系统采用了国内研发的大恒图像采集卡ＣＧ一３００，该图像采集卡在工业图像处理领域得到了广泛的应用。图像采集卡系统包括图像采集硬件板卡、驱动软件、应用软件三个部分。采集硬件提供图像捕捉和
・
１０６
．
万方数据
定时控制；驱动软件为硬件提供完整而强有力的标准ＡＰＩ，使用户无需寄存器级的底层编程就可以直接完成计算机和专用采集卡的图像采集任务；应用软件则把硬件与驱动软件联系在一起，组成一个专用系统。
图４图像采集系统组成图
２
图像的边缘检测原理及算法
物体的边缘是图像的基本特征。所谓边缘是指图
像中灰度有阶跃或尖顶状变化的那些像素的集合。边缘广泛存在于物体与物体、物体与背景之间，是图像分
割、纹理特征提取和形状特征提取等图像分析所依赖的重要基础。显然，尺寸测量的关键在于边缘的提取，为其提供所需的二维轮廓线。边缘检测是用边缘点勾画出各个对象的轮廓，从而分析图像是否含有某些需要识别的目标。边缘检测的目的就是要突出图像的边缘以便提取图像特征。由于边缘检测很难形成一个闭合的边缘，有时也将边缘检测称为边缘增强。通过边缘增强处理，图像中除边缘以外的部分被削弱或消除，因此边缘检测在计算机视觉处理方面有着重要的应用。如果一个像素落在图像中某一个物体的边界上，那么它的邻域将成为一个灰度级的变化带。对这种变化最有用的两个特征是灰度的变化率和方向，它们分别以梯度向量的幅度和方向来表示。由于边缘点一般位于图像中灰度值变化剧烈的位置，即灰度值导数较大或极大的地方，所以经典的边缘提取方法是考察图像的每个像素在某个领域内灰度的变化，利用边缘邻近一阶或二阶方向导数的变化规律来检测边缘，这种方法称为边缘检测梯度法。各种边缘检测算子的算法思想是一致的：用原图像减去经过变换后的图像。通常做的变换是平移变换。如在绿色背景上有一条垂直的蓝绿色直线，如果将图像向右平移一个像素的宽度，然后再用原图像减去平移后的图像（即对应像素值相减），结果得到一条蓝色直线，并位于全黑的背景中，由于黑色比较暗淡，从而更明显的突出了那条直线。
在本系统采用的是Ｓｏｂｅｌ边缘检测算子。Ｓｏｂｅｌ边缘检测算法的数学理论是微分理论。将计算方法引入微分理论，并进行各种实用的变形就会获得不同的计算方法。Ｓｏｂｅｌ边缘检测算子的原理是对于数字图像，（ｉ，．『）的每个像素，考察它上、下、左、右领域灰度的加
超乡尝茎潞
、ｔ；；≯，
‘ｕ∞｝■ｏ＿
权差，把各方向上（Ｏ、４５、９０、１３５方向）的灰度加权差之和作为输出，达到提取出图像边缘的效果。Ｓｏｂｅｌ边缘检测算子的算法由下式给出：．ｓ（ｉＪ）＝Ｉｆ（ｉ一１
Ｊ一１）＋矾ｉ一１√）＋八ｉ一１Ｊ＋１）
－ｆ（ｉ＋１√一１）一２ｆ（ｉ＋ｌＪ）一以ｉ＋１√＋１）Ｉ＋Ｉｆ（ｉ一１Ｊ一１）＋２ｆ（ｉＪ一１）＋八ｉ＋１√一１）一以ｉ—ｌ√＋１）一２ｆ（ｉ√＋１）一八ｉ＋ｌ√＋１）Ｉ根据图像学原理，标准圆光斑图像边缘是图像中灰度发生急剧变化（即灰度梯度最大）的区域边界。
图５是以点（ｉ，歹）为中心的一个３×３的像素网格，通过Ｓｏｂｅｌ梯度算子矩阵：
图５
３ｘ３像素罔格
ｓ。ｂｅ矿＝［｝三三｝］ｓ。ｂｅ矿＝［ｊ。．；２３。］
可以分别计算点（ｉ√）处的彩色图像梯度值职ｉ，＿『）与
岱（ｉ√）。两者之和就是该点的综合梯度值。
万方数据
Ｇ（ｉｊ）＝０・２９９×｛
∑
［ｒ（ｍ，，１）×
Ｓｏｂｅｌ（ｊ＋１一ｎ，ｍ—ｉ＋１）］Ｉ＋０．５８７×
∑
［ｇ（ｍ，凡）×Ｓｏｂｅｌ（ｊ＋１一，ｌ，ｍ—ｉ＋１）］ｌ＋０・１１４×ｌ
＿Ｊ●一
∑
［６（ｍ，凡）×
Ｓｏｂｅｌ（ｊ＋１一ｎ，ｍ—ｉ＋１）］ｌ
３
轴件几何尺寸的测量
３．１
轴件边缘的直线拟合设直线的理想方程为
ｙ＝甜＋ｂ
（１）
利用测量点序列（髫；，Ｙｉ）（ｉ＝１，２，…，ｒｔ）和最小二
乘法，得到口和ｂ的估计值为
ｎ
ｎ
ｎ
口２—————ｉ——————ｉ———一
ｎ（∑ｘｉｙｉ）一（∑Ｘ，ｉ）（∑Ｙｉ）
ｉ＝ｌ
ｉ＝ｌ
ｉ＝ｌ
（２）
ｎ（∑戈；）一（∑ｘｉ）２
‘＝ｌ
１０１
ｂ＝ｊ生——七Ｌ——ｊ÷—ｊ卫一（３）
（∑ｘｉ）２（∑Ｙｉ）一（∑Ｘｉ）（∑ｘｉｙ；）
ｎ
ｎ
、
，
ｎ（∑ｘｉ）２一（∑Ｘ，ｉ）２
３．２
轴件的中心线求法
通过采集轴段两侧母线的数据。然后应用Ｅ述的
超乡摇茎辫
、
，
‘ｗｏ｝■Ｊ
ｍ
万方数据
Ｍ咖ａｎｄ嘲工艺与检测
直线拟合方法拟合出轴段两侧母线轴的方程，而后根据这两条侧母线求出本轴段的中心线。
３．３
轴件的直径以及长度求法
轴类零件轴段的直径及长度的求法从原理上来说
是一样的，都是根据拟合出的两条直线求两条直线之间的距离。
（１）如果两条直线平行，则取其中一条直线上的一点，然后作这一点到另一条直线的距离。
（２）如果两条直线不平行，先求其中一条直线ＡＢ的Ａ一．——？——，三
中点０’，作０’到另一条直线ＣＤ的距离ｄ。，如图６；同理，一。——・——．－一
Ｄ”到直线ＡＢ的距离ｄ：，最后再变景＝条粤线ＣＤ的！点圈６轴类零件轴段直径及
长度的求法原理图
求这两个距离的平均值ｄ＝（ｄ。＋ｄ：）／２就是所求值。
４
测量过程简介
４．１
系统标定
系统标定用于校准ＣＣＤ视场坐标与机床坐标的
角度以及视场内每个像素对应的实际尺寸，所以进行系统标定是测量过程所必需的，是非常关键的，将直接影响到测量的准确性。
在初次使用本测量系统进行测量时要对整个系统进行标定（如果设备硬件环境改变了，在使用该系统时也要对系统进行标定）。我们随仪器提供了标准的专门用于校准的标定板（图７）。
图７系统参数标定界面
４．２输入设计参数
测量开始前（无论是手动测量还是自动测量）必须输入设计参数。根据图纸将轴类零件的每一段编号。在图８中输入轴段号以及与该轴段对应的直径等参数。这些参数，除了用于测量之外，还用于测量结果
的输出及绘制图纸。
工艺与检测融咖ａｎｄ瑚
图８设计参致设置界面
４．３
建立工件坐标系
建立工件坐标系是此类测量所必须的。传统意义
上的工件找正在本仪器中用建立工件坐标系的方法来实现。通过测量轴类零件第一段的左端面及上下两条母线即可建立轴的工件坐标系。
４．４
轴的尺寸测量
工件坐标系建立之后即可进行零件尺寸的测量。
用户可根据情况选择手动测量或自动测量。
万方数据
图９
自动测量时测量要素选择界面
强１０手动测量界面
点击主界面上的“自动测量”，系统打开如图９所
・１０８・
万方数据
示界面。可选择整轴测量或轴段测量。整轴测量是指一次性测量构成轴的所有轴段的长度和直径。轴段测量是指选哪些段测哪些段。
点击主界面上的“手动测量”，系统打开如图１０所示界面。选择要测量的轴段以及要测量的项目，移动十字光标，在需要采集数据的地方点击鼠标左键。数据采集完毕后按“确定”，测量结果立即显示。
另外，本软件具有数据导入及数据导出，结果打印等功能。图１ｌ为一根轴类样件的测量结果。’
轴件数据档
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１７１
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图１１轴类样件的测量结果
５
结语
本测量系统可以实现轴类零件每轴段的直径测量
和长度测量。手动测量、自动测量均可。该系统的测量精度经计量部门的检测，精度可达±０．００３ｍｍ，可以满足很多轴类零件的检测需要。
本测量系统的软件设计采用模块化的设计思想，基于ＷＩＮＤＯＷＳ２０００／ＷＩＮＤＯＷＳＸＰ操作平台、采用
Ｖｉｓｕａｌ
Ｃ＋＋编制而成，各模块均完成一个独立的功
能，便于系统的功能扩展与维护。整个软件采用友好的人机对话界面，操作人员只要进行鼠标、键盘操作即可完成测量工作。软件的编制较好地考虑了操作人员的使用习惯，有较多操作提示和测量结果自动判断。有效地防止了人为操作错误。系统软件主要包括初始化模块、图像采集模块、图像处理模块、光栅数据采集及处理模块、运动控制模块等。
系统引入机器视觉技术、精密光栅传感器以及步进电动机驱动，显著提高了测量效率，减轻了检验人员的劳动强度特别是保护检验人员的眼睛，同时避免了
繁琐的计算；抗干扰能力强，在恶劣环境下工作具有较大优势。
廷多坐ｇｇＡ￥Ｏ茎辫
、瓷ｉ；；一。
平弟●朋
Ｔｅｃｈｎ０Ｉｏｇｙｏｎｄ埘工艺与检测
基于蓝牙技术的反求系统的可行性
孙新国
赵玉军
刘品潇
（南阳理工学院机电工程系，河南南阳４７３００４）
摘要：介绍了基于蓝牙技术的反求系统的可行性。经验证，该系统准确可靠，简单易懂。且成本低，速度快，
尤其对中小企业具有一定的使用价值，为反求系统的进一步研究提供重要的指导意义。
关键词：蓝牙技术反求系统寻边器可行性
ｏｎｔｈｅＲｅｖｅｒｓｅ
ＦｅａｓｉｂｉｌｉｔｙＡｎａｌｙｓｉｓ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ
ＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ
Ｙｕｊｕｎ－ＬＩＵ
ｏｎＢｌｕｅｔｏｏｔｈ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＳＵＮＸｉｎｇｕｏ－ＺＨＡＯ
Ｐｉｎｘｉａｏ
ｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｅ。ＮａｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｙａｎｇ４７３００４，ＣＨＮ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆ
ｒｅｖｅｒｓｅ
ｓｙｓｔｅｍ
ｏｎ
ｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｂｌｕｅｔｏｏｔｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔｉｓｅｘａｃｔ，
ｒｅｌｉａｂｌｅ。ｓｉｍｐｌｅａｎｄｐｅｌｌｕｃｉｄｆｏｒｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｏｂｅｐｒｏｖｅｄ．Ｉｔｉｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｐｒａｃｔｉｃａｌｆｏｒｉｔｓｌｏｗｅｒｃｏｓｔａｎｄｒａｐｉｄｓｐｅｅｄｔｏｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙａｎｄｓｍａｌｌｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｉｔｏｆｆｅｒｓ
ｔｏ
ａｎ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔｄｉｒｅｃｔｉｖｅｍｅａｎｉｎｇ
ｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ｔｈｅ
ｒｅｖｅｒｓｅ
ｓｙｓｔｅｍ．
Ｓｙｓｔｅｍ；ＥｄｇｅＤｅｔｅｃｔｏｒ；Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｒｅｖｅｒｓｅ
万方数据常规的逆向工程是根据已存在的产品实物，复制
出与原产品相似的产品。以凸轮反求为例，按照常规反求方法，一般是对原有凸轮进行坐标三维测量，然后根据所得到的数据构建凸轮的ＣＡＤ模型，再进行加工仿制。在一般低速旋转的情况下，这样做出的凸轮基本能够满足生产需要，但是当它们被应用于高速高精度的场合时就会产生问题。
对于带有复杂轮廓曲线的工件，一般采用数控机床进行加工，其加工过程受加工程序控制。对于已存在的产品实物，我们要获得其加工程序，就需要确定其外轮廓方程。从反求的观点来看，如果能够测量出外轮廓上的一些点，通过数据处理就可以拟合出其近似外轮廓曲线方程．使用三坐标测量机是获得外轮廓点的最直接的方法。由于三坐标测量机价格昂贵，许多企业没有三坐标测量机。本文对一种在三坐标数控铣床或加工中心上用寻边器代替三坐标测量机对复杂轮
参考文献
廓曲线进行测量，利用蓝牙技术进行数据传输的方法的可行性进行分析，其目的是介绍一种在数控机床上进行反求加工的新的方法。
１
光电寻边器的安装及使用方法
光电寻边器如图１所示。由于寻边器要安装在机
床主轴上才能使用，因此还需要与刀柄配合。目前国内外所产的加工中心和数控镗铣床主轴锥柄有ＪｒＩ．、ＨＳＫ、ＣＡＴ、ＤＩＮ等标准，其中以ＢＴＳ０结构最多。在选择刀柄锥柄标准时参照主轴锥孔标准即可。目前大多数寻边器尾部与刀柄配合的尺寸均按照标准刀柄上孔的尺寸设计，因此刀柄的采购也非常方便。寻边器安装在刀柄上后，用内六角螺栓采用侧固式压紧在刀柄上。使用时先将ＣＮｃ控制面板上功能选择开关旋至ＭＤＩ状态。手工输入Ｍ１９指令并执行，使主轴定位，然后将刀柄锥柄插入主轴孔中即可。移动Ｘ、ｌ，、Ｚ坐
６７
，‘
罗宇华．计算机视觉．北京：人民邮电出版社，１９９０．
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１
周肇飞．机器视觉精密测量系统研究．光学技术，２００４，３０（４）：４９１
＿４９３
作者：叶晓平，１９６５年生，副院长、副教授，主要研究方向：ＣＡＤ／ＣＡＭ、测试技术、振动和噪声等。
（编辑汪艺）
（收稿日期：２００７—１２—２６）
文章编号：８３３０
如果您想发表对本文的看法。请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。．
２３４
朱志刚．数字图像处理．北京：电子工业出版社，２００２．高文，陈熙霖．计算机视觉．北京：清华大学出版社，１９９９．
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王永刚．基于数码相机的图像采集系统．测控技术，２０００。１９（５）：１７
～１９
铤萝尝篓主磐、；；∥“十＿ｏ”
万方数据
・１０９，・
轴类零件尺寸测量专用影像系统的研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
叶晓平， YE Xiaoping
丽水学院机电与建工学院,浙江,丽水,323000制造技术与机床
MANUFACTURING TECHNOLOGY & MACHINE TOOL2008，""(3)0次
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相似文献(10条)
1.会议论文 李慧鹏. 王军. 张军. 唐文彦 一种新型非接触式线径测量系统 2004
提出了一种基于CCD影像测量法的新型非接触式线径测量系统.详细论述了系统的工作原理和结构设计.在边缘提取中,所采用的三次样条插值法计算简单、精度高.实验结果表明,该系统具有精度高、稳定性好、非接触测量、测量速度快等特点,适合检测各种线材和插针的直径,并且信号易于进行数字化处理,易于计算机联接,组成实时自动测量系统.
2.期刊论文 解三霞. 范伟军. XIE San-xia. FAN Wei-jun 目视万能工具显微镜的影像测量应用研究 -激光与红外2010,40(9)
在传统目视万能工具显微镜的基础上,使用光学CCD代替人眼采集图像,增加光栅尺和数显表替代原来的投影式读数器,实现了工件测量CCD图像与光栅尺数据的计算机自动采集.根据CCD图像、光栅尺数据及笛卡尔坐标系理论,建立了测量尺寸与光栅尺数据和图像工件边缘位置的数学模型.应用中值滤波、阈值分割对工件图像进行预处理,采用最小二乘法提取工件边缘的位置和方向,并在此基础上结合工件测量数学模型计算得到了被测工件尺寸.
3.学位论文 王慧 计算机视觉技术在影像测量系统中的应用与研究 2008
在国内外,基于计算机视觉技术的影像测量系统已经得到了深入的研究,受到了越来越多的重视。目前,工业领域中对微小尺寸零件的检测精度和检测速度等要求越来越高,传统检测方法难以达到检测要求,而计算机视觉检测技术是高精度测试领域的先进技术。随着计算机硬件性价比的不断提高,相关技术的不断发展,计算机视觉检测技术以其非接触、实时、精确、自动化程度高等特性将很快得到广泛地应用。
本文深入研究了影像测量系统整体方案和以软件技术为主要手段解决影像测量中的精度、速度和稳定性等问题。影像测量系统由机台、光源、摄像机、图像采集卡、光栅尺、光栅尺读数卡、电机、运动控制卡、PC等组成。首先,通过光源的控制获得良好质量的图像,CCD把获得的光信号转变成电信号；然后,通过图像采集卡来把被测物体的图像采集到PC里,完成受检物体的图像采集工作；最后,通过图像处理技术、空间几何运算、运动控制以及对光栅数据的采集与运算,完成被测物体的几何尺寸测量。整个系统的测量工作可以通过简单的鼠标操作完成,把人们从繁琐、复杂、繁重的工作中解脱出来。 本文对影像测量系统的关键技术进行了深入的研究,并且开发了系统的软件部分。内容主要包括：针对摄像机的图像失真,使用了有效的失真校正算法；通过对图像边缘检测技术的研究,为物体尺寸的检测和定位奠定了良好的基础；通过对摄像机自动调焦技术的研究,提出“先粗后精”的调焦算法,为获得高质量的图像提供了保证；针对全自动测量存在的问题,提出了基于相关法的图像匹配改进算法,二次匹配策略。
4.期刊论文 潘秀亮. Pan Xiuliang 特种冲模量具的测试研究 -国防技术基础2007,""(1)
本文阐述了利用具有CCD非接触式影像测量系统的万能工具显微镜检测特种冲模具的新方法及其测量不确定度的分析,通过与常用平台测量方法的对比,说明CCD测量系统实现检测自动化和人工智能化,检测数据更精确、更快捷.
5.学位论文 张立昆 擒纵轮半自动视觉检测系统的设备构建与调整 2009
微小型零件在社会生产、生活中的各个方面都有广泛的应用。由于常规检测手段的局限性，影像测量的方法在微小型零件的测量中成为了国内外竞相发展的技术。其非接触、高速化、可长时间稳定工作的测量优点，能够满足实现微小型零件批量、在线检测的要求，对于实现产品全检，提高产品质量具有重要的意义。擒纵轮半自动视觉检测仪是我课题组为“天津海鸥表业集团有限公司”研制开发的一款手表擒纵轮零件检测设备，主要用于对机械手表机芯中擒纵轮零件的几何尺寸进行视觉检测，判定被测零件的合格性。项目中，“海鸥表业”提出了高检测精度和高检测效率的要求。本课题是擒纵轮半自动视觉检测仪项目的有机组成部分。本文的主要工作如下：
⑴针对被测零件外形尺寸和对于检测精度的要求，设计合适的CCD相机、光学镜头、光源等硬件设备。为后续图像处理提供信息明朗、真实准确、分辨力较高的图像数据。
⑵介绍了软件系统的总体设计，重点学习了图像采集卡的软件开发包，根据需求选择合适的功能模块进行开发，编写相机采集、控制模块，完成系统对于采集处理的要求。并对部分调焦函数进行了编写、集成。
⑶光学镜头的光轴与被测物面在完全垂直的状态下拍照，获取的才是最理想、最真实反映被测零件尺寸特性的图片。本文对拍摄系统中，光学镜头的光轴与被测物面之间的垂直度关系给出检测与校正的方法，找出满足要求的垂直度关系，提高系统精度。
⑷对多种清晰度评价函数进行实验，嵌入系统当中，观察物距变化引起的图像清晰度函数值的变化。为以后找到一种最合适的调整物距，找寻最佳对焦物面的方法打下基础。
6.期刊论文 靳志光. 卫建东. 张冠宇. JIN Zhi-guang. WEI Jian-dong. ZHANG Guan-yu 图像全站仪影像测量精度的测试与分析 -测绘通报2008,""(2)
图像全站仪是世界上首款将数字近景摄影测量和全站仪相结合的测绘产品,在其内部集成了广角和长焦两个相机,结合PI3000后处理软件,使图像全站仪具有了三维影像测量的功能.详细介绍两种影像测量的工作方式,通过实验分析两种模式的三维建模精度.
7.期刊论文 吴云东. 张强. WU Yun-dong. ZHANG Qiang 立体测绘型双翼民用无人机航空摄影系统的实现与应用 -测绘科学技术学报2009,26(3)
按照领域专用、性价匹配的思想,设计并实现了一套满足小区域大比例尺地形图立体测绘要求的无人机航空摄影系统.该系统以双翼无人机为遥感平台,以数字相机为传感器,配置3轴稳定云台,直接获得数字航空影像,具有自主飞行、低空作业、无需机站支持、起降距离短、滑翔性能好等特点.系统包括双翼无人机、飞行自动控制与安全、CCD数字相机、稳定云台、空地无线通讯、地面站和数据处理等7个子系统.分别介绍了系统的总体结构和各子系统的技术状况;分析和比较了系统的GSD、像点移位、基高比等关键参数在保证成像质量和成图精度方面的合理性;报告和展示了系统在广州新客站、丹江口文物考古测量工程的试验情况和部分成果;最后对系统的改进提出了建议.
8.学位论文 芮会会 齿轮参数的影像测量 2010
齿轮是各种机器设备中经常用到的一种重要的传动零件。齿轮的精度直接影响到整台机器的工作性能和使用寿命。目前齿轮测量的设备众多，例如齿轮检测中心、三坐标测量机、齿轮综合检查仪等。但是其价格比较昂贵，使用和维修技术也较强，使很多中小企业迟迟不能采用。随着数字图像处理技术的快速发展，基于数字图像处理技术的图像测量的方法具有非接触、高速度、动态范围大、信息量丰富、成本相对低廉的诸多优点，可广泛应用于各种实时、在线的精密测量。本文基于图像处理进行齿轮测量的可行性，寻求一种快速、高效测量齿轮的新方法。
在第二章介绍了影像测量的基本原理和影像测量仪的软件和硬件构成；在第三章我们阐述了齿轮参数的测量方案和渐开线拟合。根据所得的齿廓图像进行渐开线拟合求出基圆半径值和渐开线起始点与基圆圆心的连线和y轴正向的夹角；对齿顶圆和齿根圆上的点进行最小二乘拟合计算齿顶圆、齿根圆半径；根据计算出来的基圆半径、渐开线起始角、齿顶圆半径和齿根圆半径来计算齿轮其他参数和加工误差；最后，对系统进行标定得到齿轮各个参数的实际值。第四章介绍了本系统中应用到的图像处理技术，并选择了一种边界提取算法。在齿轮测量中，通过三维影像仪的CCD摄像头测得被测齿轮的图像；利用中值滤波滤除图像中的噪声和干扰信号；利用Zernike矩算子，提取具有亚像素精度的齿轮边界，得到渐开线齿廓边缘点坐标。
第五章中，第五章以拍摄的一幅图片为例，介绍了数据处理的过程以及最后得到的被测齿轮的各参数及加工误差；本文通过基于MATLAB7.0平台，对一个标准直齿圆柱渐开线进行测量实验，结果证明，这种基于图像处理的齿轮参数测量方法是可行的。
最后，作为论文的结论，第六章分析了该方法对齿轮测量的可行性，并展望未来的工作。
关键词：渐开线齿轮；图像处理；边界提取；渐开线拟合；最小二乘法
9.期刊论文 罗子明. 方素平. 周海明. LUO Ziming. FANG Suping. ZHOU Haiming 影像测量中的光源自适应控制系统研究 -制造技术与机床2008,""(10)
分析了影像测量中现有的手动光源调节系统的缺点,介绍了一种光源自适应控制系统的应用原理,给出了其硬件电路和软件算法设计,并通过构建的光学系统成像模型得出了CCD器件的电荷量与光源的光强、入射角、光源到测量对象的距离关系,提出了用阈值范围内平均梯度值来评价最佳光强的新方法,实现了PID控制对光强的调节,最后对光源自适应控制系统进行了自适应控制和抗外界干扰实验.实验结果表明此控制系统具有较好的稳定性和控制精度,在此系统的调节下,影像测量在不同外界光源条件下,0.7 s内能拍摄出清晰的图像.
10.学位论文 张有权 基于机器视觉的钣金件样板自动影像测量系统 2007
影像测量技术是近年来测量领域的一个新兴研究热点，它以光学为基础，融入了光电子学、计算机技术、激光技术、图像处理技术等现代科学技术，组成光、机、电、算和控制技术一体化的综合测量系统。
本文以机器视觉理论和影像测量技术为基础，设计开发了针对钣金件样板的自动影像测量系统，实现了对样板轮廓的自动跟踪测量。
首先，本文规划设计了系统的硬件平台，包括图像采集系统、运动控制系统、机械系统三部分。其中，图像采集系统由CCD摄像机、测量显微镜和图像采集卡组成，完成被测物体的图像采集；机械系统由步进电机驱动的三坐标机械平台构成，用于固定测量显微镜和被测物体；运动控制系统采用PC机加运动控制卡的结构形式，用以实现测量时显微镜相对于被测物体的运动控制。
在影像测量算法设计方面，针对钣金件样板影像测量的特点，提出了一种由轮廓跟踪、直线提取、曲线拟合等步骤构成的图像矢量化方法。为实现样板轮廓的高效自动跟踪测量，提出了一种轮廓自动跟踪算法，使测量系统能根据被测样板的轮廓信息，通过运动控制系统和机械平台的配合，实现样板轮廓的自动跟踪测量。
最后，以VC++ 6.0为开发工具，基于模块化编程思想，完成了样机系统的应用层和执行层软件的设计开发。并对样机系统进行了CCD像机标定和实物测量试验，测量结果达到了系统的设计要求。
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zzjsyjc200803031.aspx授权使用：北京林业大学(bjlydx)，授权号：3252bd15-e15d-4059-a3b2-9e5200dd0a47
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砌ｎ蝴ｏｎｄ嘲工艺与检测
轴类零件尺寸测量专用影像系统的研究‘
叶晓平
（丽水学院机电与建工学院，浙江丽水３２３０００）
摘要：介绍了高精度尺寸测量影像系统研究的意义，以及系统的原理、组成和各部分的功能，并阐述了影像
测量中的基本算法原理。
关键词：影像测量ＣＣＤ
图像采集运动控制
ＳｙｓｔｅｍｆｏｒＡｘｌｅＰａｒｔｓ
３２３０００－ＣＨＮ）
Ｓｔｕｄｙ（Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｎＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＩｍａｇｅ
ＹＥＸｉａｏｐｉｎｇ
ｏｆＭｅｅｈａｔｒｏｎｉｃａｎｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ－ＬｉｓｈｕｉＣｏｌｌｅｇｅ。Ｌｉｓｈｕｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｔｈｅｈｉｇｈ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｍａｇｅｓｙｓｔｅｍ，
ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｅａｃｈｐａｒｔ．Ａｎｄｉｔｅｘｐｏｕｎｄｓｔｈｅｂａｓｉｃｉｍａｇｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩｍａｇｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ＣＣＤ；ＩｍａｇｅＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；ＭｏｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ
图像测量技术就是将数字图像处理技术应用到精密测量领域。图像测量系统的测量原理是通过对被测物体图像边缘的处理和计算从而获得物体的几何参万方数据数，实现对物体的精确测量。基于图像传感技术的非接触测量是当今测量技术发展的新方向，图像与坐标测量技术相结合、传感与信息处理相结合是现代计算机信息技术在测量中应用的新领域。
本文旨在研究应用于生产线上的轴类零件的基本尺寸与形状精度检测系统，主要包括研制专用图像测量平台以及开发相应的软件系统。整个系统的组成结构如图１所示。
在载物台上的工件通过物镜放大，由ＣＣＤ摄影后转化成数字信号输出到电脑上成像，然后结合专用的软件进行测量、检查、观察、后期数据处理的测量仪器。
其中图像处理单元是由图像采集卡、ＣＣＤ和物镜组成，完成对工件轮廓图像的摄取，通过软件实现对得到的数字图像进行滤波、校正等预处理，然后通过设计的图像边缘提取算法获得边缘图像的位置数据，根据每个边缘采集的数据进行边的拟合，最后根据所拟合的各边计算它们之间的相关位置以及尺寸。光栅传感器则在整个测量过程中准确地给出平台的精确位置信息，并且提供整个检测系统的参考坐标系。工作台的运动是由上位机发命令给运动控制卡，运动控制卡根据上位机发的命令控制步进电动机的运动实现工作台的ＸＹＺ方向的运动。
１．２
运动控制单元
控制系统是坐标测量机的关键组成部分之一。其
主要功能是：读取空间坐标值，控制测量瞄准系统对测头信号进行实时的响应与处理，控制机械系统实现测
田１系统的结构框图
量所必需的运动，实时监控坐标测量机的状态以保障整个系统的安全性与可靠性，还包括对坐标测量机进行几何误差与温度误差补偿以提高坐标测量机的测量精度等。
本系统的运动控制部分由光栅、步进电动机、运动控制卡组成，被测物体在水平面的运动是由载物平台
ｌ
１．１
系统总体设计
系统测量原理
影像测量仪属于光机电一体化仪器，它是将安置
＠尝篓三磐
万方数据
ｓｉｔ浙江省科技计划重点项目（２００６Ｃ２１０６５）
・１０５・
工艺与检测Ｔｅｃｈ呦ａｎｄＴ鲫
的ｘ和ｙ两个方向合成的；而ＣＣＤ和上光源的垂直方向的运动是由垂直方向的电动机带动。在ＸＹＺ方向都安装了光栅尺，通过运动控制卡获得机台三个方向的位置。运动控制系统目的就是满足检测平台的三维运动控制。运动控制系统是通过运动控制卡对光栅位置的确定并把数据发给计算机进行处理，再通过运动控制卡对电动机的控制，实现对机台的闭环控制下的运动。其逻辑框图如图２所示。
图２运动控制单元逻辑框图
本系统采用美国著名的ＰＭＣ公司研发的ＰＣＩ一１４４０型运动控制卡，精度和适用条件完全满足系统的要求。图３所示为整个运动控制单元的实现框图。
万方数据
图３运动控制单元实现框图
１．３
图像采集单元
图像采集系统由物镜、ＣＣＤ、图像采集卡、计算机
等组成，如图４所示。ＣＣＤ将局部视场内的光学图像信号转换成带有图像空间信息的电信号，与同步信号合成完整的视频信号，由同轴电缆输出到图像采集卡中。图像采集卡具有同步控制自动Ａ／Ｄ转换以及能够卡上存储大量数据的功能，它通过计算机软件及同步脉冲触发，在驱动器的同步控制下对ＣＣＤ输出的视频信号经Ａ／Ｄ转换成图像数据，存放在图像卡的帧存贮体中，供计算机进行各种处理操作。
本系统采用了国内研发的大恒图像采集卡ＣＧ一３００，该图像采集卡在工业图像处理领域得到了广泛的应用。图像采集卡系统包括图像采集硬件板卡、驱动软件、应用软件三个部分。采集硬件提供图像捕捉和
・
１０６
．
万方数据
定时控制；驱动软件为硬件提供完整而强有力的标准ＡＰＩ，使用户无需寄存器级的底层编程就可以直接完成计算机和专用采集卡的图像采集任务；应用软件则把硬件与驱动软件联系在一起，组成一个专用系统。
图４图像采集系统组成图
２
图像的边缘检测原理及算法
物体的边缘是图像的基本特征。所谓边缘是指图
像中灰度有阶跃或尖顶状变化的那些像素的集合。边缘广泛存在于物体与物体、物体与背景之间，是图像分
割、纹理特征提取和形状特征提取等图像分析所依赖的重要基础。显然，尺寸测量的关键在于边缘的提取，为其提供所需的二维轮廓线。边缘检测是用边缘点勾画出各个对象的轮廓，从而分析图像是否含有某些需要识别的目标。边缘检测的目的就是要突出图像的边缘以便提取图像特征。由于边缘检测很难形成一个闭合的边缘，有时也将边缘检测称为边缘增强。通过边缘增强处理，图像中除边缘以外的部分被削弱或消除，因此边缘检测在计算机视觉处理方面有着重要的应用。如果一个像素落在图像中某一个物体的边界上，那么它的邻域将成为一个灰度级的变化带。对这种变化最有用的两个特征是灰度的变化率和方向，它们分别以梯度向量的幅度和方向来表示。由于边缘点一般位于图像中灰度值变化剧烈的位置，即灰度值导数较大或极大的地方，所以经典的边缘提取方法是考察图像的每个像素在某个领域内灰度的变化，利用边缘邻近一阶或二阶方向导数的变化规律来检测边缘，这种方法称为边缘检测梯度法。各种边缘检测算子的算法思想是一致的：用原图像减去经过变换后的图像。通常做的变换是平移变换。如在绿色背景上有一条垂直的蓝绿色直线，如果将图像向右平移一个像素的宽度，然后再用原图像减去平移后的图像（即对应像素值相减），结果得到一条蓝色直线，并位于全黑的背景中，由于黑色比较暗淡，从而更明显的突出了那条直线。
在本系统采用的是Ｓｏｂｅｌ边缘检测算子。Ｓｏｂｅｌ边缘检测算法的数学理论是微分理论。将计算方法引入微分理论，并进行各种实用的变形就会获得不同的计算方法。Ｓｏｂｅｌ边缘检测算子的原理是对于数字图像，（ｉ，．『）的每个像素，考察它上、下、左、右领域灰度的加
超乡尝茎潞
、ｔ；；≯，
‘ｕ∞｝■ｏ＿
权差，把各方向上（Ｏ、４５、９０、１３５方向）的灰度加权差之和作为输出，达到提取出图像边缘的效果。Ｓｏｂｅｌ边缘检测算子的算法由下式给出：．ｓ（ｉＪ）＝Ｉｆ（ｉ一１
Ｊ一１）＋矾ｉ一１√）＋八ｉ一１Ｊ＋１）
－ｆ（ｉ＋１√一１）一２ｆ（ｉ＋ｌＪ）一以ｉ＋１√＋１）Ｉ＋Ｉｆ（ｉ一１Ｊ一１）＋２ｆ（ｉＪ一１）＋八ｉ＋１√一１）一以ｉ—ｌ√＋１）一２ｆ（ｉ√＋１）一八ｉ＋ｌ√＋１）Ｉ根据图像学原理，标准圆光斑图像边缘是图像中灰度发生急剧变化（即灰度梯度最大）的区域边界。
图５是以点（ｉ，歹）为中心的一个３×３的像素网格，通过Ｓｏｂｅｌ梯度算子矩阵：
图５
３ｘ３像素罔格
ｓ。ｂｅ矿＝［｝三三｝］ｓ。ｂｅ矿＝［ｊ。．；２３。］
可以分别计算点（ｉ√）处的彩色图像梯度值职ｉ，＿『）与
岱（ｉ√）。两者之和就是该点的综合梯度值。
万方数据
Ｇ（ｉｊ）＝０・２９９×｛
∑
［ｒ（ｍ，，１）×
Ｓｏｂｅｌ（ｊ＋１一ｎ，ｍ—ｉ＋１）］Ｉ＋０．５８７×
∑
［ｇ（ｍ，凡）×Ｓｏｂｅｌ（ｊ＋１一，ｌ，ｍ—ｉ＋１）］ｌ＋０・１１４×ｌ
＿Ｊ●一
∑
［６（ｍ，凡）×
Ｓｏｂｅｌ（ｊ＋１一ｎ，ｍ—ｉ＋１）］ｌ
３
轴件几何尺寸的测量
３．１
轴件边缘的直线拟合设直线的理想方程为
ｙ＝甜＋ｂ
（１）
利用测量点序列（髫；，Ｙｉ）（ｉ＝１，２，…，ｒｔ）和最小二
乘法，得到口和ｂ的估计值为
ｎ
ｎ
ｎ
口２—————ｉ——————ｉ———一
ｎ（∑ｘｉｙｉ）一（∑Ｘ，ｉ）（∑Ｙｉ）
ｉ＝ｌ
ｉ＝ｌ
ｉ＝ｌ
（２）
ｎ（∑戈；）一（∑ｘｉ）２
‘＝ｌ
１０１
ｂ＝ｊ生——七Ｌ——ｊ÷—ｊ卫一（３）
（∑ｘｉ）２（∑Ｙｉ）一（∑Ｘｉ）（∑ｘｉｙ；）
ｎ
ｎ
、
，
ｎ（∑ｘｉ）２一（∑Ｘ，ｉ）２
３．２
轴件的中心线求法
通过采集轴段两侧母线的数据。然后应用Ｅ述的
超乡摇茎辫
、
，
‘ｗｏ｝■Ｊ
ｍ
万方数据
Ｍ咖ａｎｄ嘲工艺与检测
直线拟合方法拟合出轴段两侧母线轴的方程，而后根据这两条侧母线求出本轴段的中心线。
３．３
轴件的直径以及长度求法
轴类零件轴段的直径及长度的求法从原理上来说
是一样的，都是根据拟合出的两条直线求两条直线之间的距离。
（１）如果两条直线平行，则取其中一条直线上的一点，然后作这一点到另一条直线的距离。
（２）如果两条直线不平行，先求其中一条直线ＡＢ的Ａ一．——？——，三
中点０’，作０’到另一条直线ＣＤ的距离ｄ。，如图６；同理，一。——・——．－一
Ｄ”到直线ＡＢ的距离ｄ：，最后再变景＝条粤线ＣＤ的！点圈６轴类零件轴段直径及
长度的求法原理图
求这两个距离的平均值ｄ＝（ｄ。＋ｄ：）／２就是所求值。
４
测量过程简介
４．１
系统标定
系统标定用于校准ＣＣＤ视场坐标与机床坐标的
角度以及视场内每个像素对应的实际尺寸，所以进行系统标定是测量过程所必需的，是非常关键的，将直接影响到测量的准确性。
在初次使用本测量系统进行测量时要对整个系统进行标定（如果设备硬件环境改变了，在使用该系统时也要对系统进行标定）。我们随仪器提供了标准的专门用于校准的标定板（图７）。
图７系统参数标定界面
４．２输入设计参数
测量开始前（无论是手动测量还是自动测量）必须输入设计参数。根据图纸将轴类零件的每一段编号。在图８中输入轴段号以及与该轴段对应的直径等参数。这些参数，除了用于测量之外，还用于测量结果
的输出及绘制图纸。
工艺与检测融咖ａｎｄ瑚
图８设计参致设置界面
４．３
建立工件坐标系
建立工件坐标系是此类测量所必须的。传统意义
上的工件找正在本仪器中用建立工件坐标系的方法来实现。通过测量轴类零件第一段的左端面及上下两条母线即可建立轴的工件坐标系。
４．４
轴的尺寸测量
工件坐标系建立之后即可进行零件尺寸的测量。
用户可根据情况选择手动测量或自动测量。
万方数据
图９
自动测量时测量要素选择界面
强１０手动测量界面
点击主界面上的“自动测量”，系统打开如图９所
・１０８・
万方数据
示界面。可选择整轴测量或轴段测量。整轴测量是指一次性测量构成轴的所有轴段的长度和直径。轴段测量是指选哪些段测哪些段。
点击主界面上的“手动测量”，系统打开如图１０所示界面。选择要测量的轴段以及要测量的项目，移动十字光标，在需要采集数据的地方点击鼠标左键。数据采集完毕后按“确定”，测量结果立即显示。
另外，本软件具有数据导入及数据导出，结果打印等功能。图１ｌ为一根轴类样件的测量结果。’
轴件数据档
删ｔ●忡女驴雠觚ＪｔｔｔｔａＷ
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１５
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９３１９２５２＂／Ｉ＂７Ｈ●∞，篮９∞竹７∞‘Ｈ
，
１６Ｊ
”９５１
１７１
１７¨●
图１１轴类样件的测量结果
５
结语
本测量系统可以实现轴类零件每轴段的直径测量
和长度测量。手动测量、自动测量均可。该系统的测量精度经计量部门的检测，精度可达±０．００３ｍｍ，可以满足很多轴类零件的检测需要。
本测量系统的软件设计采用模块化的设计思想，基于ＷＩＮＤＯＷＳ２０００／ＷＩＮＤＯＷＳＸＰ操作平台、采用
Ｖｉｓｕａｌ
Ｃ＋＋编制而成，各模块均完成一个独立的功
能，便于系统的功能扩展与维护。整个软件采用友好的人机对话界面，操作人员只要进行鼠标、键盘操作即可完成测量工作。软件的编制较好地考虑了操作人员的使用习惯，有较多操作提示和测量结果自动判断。有效地防止了人为操作错误。系统软件主要包括初始化模块、图像采集模块、图像处理模块、光栅数据采集及处理模块、运动控制模块等。
系统引入机器视觉技术、精密光栅传感器以及步进电动机驱动，显著提高了测量效率，减轻了检验人员的劳动强度特别是保护检验人员的眼睛，同时避免了
繁琐的计算；抗干扰能力强，在恶劣环境下工作具有较大优势。
廷多坐ｇｇＡ￥Ｏ茎辫
、瓷ｉ；；一。
平弟●朋
Ｔｅｃｈｎ０Ｉｏｇｙｏｎｄ埘工艺与检测
基于蓝牙技术的反求系统的可行性
孙新国
赵玉军
刘品潇
（南阳理工学院机电工程系，河南南阳４７３００４）
摘要：介绍了基于蓝牙技术的反求系统的可行性。经验证，该系统准确可靠，简单易懂。且成本低，速度快，
尤其对中小企业具有一定的使用价值，为反求系统的进一步研究提供重要的指导意义。
关键词：蓝牙技术反求系统寻边器可行性
ｏｎｔｈｅＲｅｖｅｒｓｅ
ＦｅａｓｉｂｉｌｉｔｙＡｎａｌｙｓｉｓ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ
ＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ
Ｙｕｊｕｎ－ＬＩＵ
ｏｎＢｌｕｅｔｏｏｔｈ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＳＵＮＸｉｎｇｕｏ－ＺＨＡＯ
Ｐｉｎｘｉａｏ
ｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｅ。ＮａｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｙａｎｇ４７３００４，ＣＨＮ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆ
ｒｅｖｅｒｓｅ
ｓｙｓｔｅｍ
ｏｎ
ｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｂｌｕｅｔｏｏｔｈｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔｉｓｅｘａｃｔ，
ｒｅｌｉａｂｌｅ。ｓｉｍｐｌｅａｎｄｐｅｌｌｕｃｉｄｆｏｒｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｏｂｅｐｒｏｖｅｄ．Ｉｔｉｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｐｒａｃｔｉｃａｌｆｏｒｉｔｓｌｏｗｅｒｃｏｓｔａｎｄｒａｐｉｄｓｐｅｅｄｔｏｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙａｎｄｓｍａｌｌｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｉｔｏｆｆｅｒｓ
ｔｏ
ａｎ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔｄｉｒｅｃｔｉｖｅｍｅａｎｉｎｇ
ｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ｔｈｅ
ｒｅｖｅｒｓｅ
ｓｙｓｔｅｍ．
Ｓｙｓｔｅｍ；ＥｄｇｅＤｅｔｅｃｔｏｒ；Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｒｅｖｅｒｓｅ
万方数据常规的逆向工程是根据已存在的产品实物，复制
出与原产品相似的产品。以凸轮反求为例，按照常规反求方法，一般是对原有凸轮进行坐标三维测量，然后根据所得到的数据构建凸轮的ＣＡＤ模型，再进行加工仿制。在一般低速旋转的情况下，这样做出的凸轮基本能够满足生产需要，但是当它们被应用于高速高精度的场合时就会产生问题。
对于带有复杂轮廓曲线的工件，一般采用数控机床进行加工，其加工过程受加工程序控制。对于已存在的产品实物，我们要获得其加工程序，就需要确定其外轮廓方程。从反求的观点来看，如果能够测量出外轮廓上的一些点，通过数据处理就可以拟合出其近似外轮廓曲线方程．使用三坐标测量机是获得外轮廓点的最直接的方法。由于三坐标测量机价格昂贵，许多企业没有三坐标测量机。本文对一种在三坐标数控铣床或加工中心上用寻边器代替三坐标测量机对复杂轮
参考文献
廓曲线进行测量，利用蓝牙技术进行数据传输的方法的可行性进行分析，其目的是介绍一种在数控机床上进行反求加工的新的方法。
１
光电寻边器的安装及使用方法
光电寻边器如图１所示。由于寻边器要安装在机
床主轴上才能使用，因此还需要与刀柄配合。目前国内外所产的加工中心和数控镗铣床主轴锥柄有ＪｒＩ．、ＨＳＫ、ＣＡＴ、ＤＩＮ等标准，其中以ＢＴＳ０结构最多。在选择刀柄锥柄标准时参照主轴锥孔标准即可。目前大多数寻边器尾部与刀柄配合的尺寸均按照标准刀柄上孔的尺寸设计，因此刀柄的采购也非常方便。寻边器安装在刀柄上后，用内六角螺栓采用侧固式压紧在刀柄上。使用时先将ＣＮｃ控制面板上功能选择开关旋至ＭＤＩ状态。手工输入Ｍ１９指令并执行，使主轴定位，然后将刀柄锥柄插入主轴孔中即可。移动Ｘ、ｌ，、Ｚ坐
６７
，‘
罗宇华．计算机视觉．北京：人民邮电出版社，１９９０．
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１
周肇飞．机器视觉精密测量系统研究．光学技术，２００４，３０（４）：４９１
＿４９３
作者：叶晓平，１９６５年生，副院长、副教授，主要研究方向：ＣＡＤ／ＣＡＭ、测试技术、振动和噪声等。
（编辑汪艺）
（收稿日期：２００７—１２—２６）
文章编号：８３３０
如果您想发表对本文的看法。请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。．
２３４
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～１９
铤萝尝篓主磐、；；∥“十＿ｏ”
万方数据
・１０９，・
轴类零件尺寸测量专用影像系统的研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
叶晓平， YE Xiaoping
丽水学院机电与建工学院,浙江,丽水,323000制造技术与机床
MANUFACTURING TECHNOLOGY & MACHINE TOOL2008，""(3)0次
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提出了一种基于CCD影像测量法的新型非接触式线径测量系统.详细论述了系统的工作原理和结构设计.在边缘提取中,所采用的三次样条插值法计算简单、精度高.实验结果表明,该系统具有精度高、稳定性好、非接触测量、测量速度快等特点,适合检测各种线材和插针的直径,并且信号易于进行数字化处理,易于计算机联接,组成实时自动测量系统.
2.期刊论文 解三霞. 范伟军. XIE San-xia. FAN Wei-jun 目视万能工具显微镜的影像测量应用研究 -激光与红外2010,40(9)
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3.学位论文 王慧 计算机视觉技术在影像测量系统中的应用与研究 2008
在国内外,基于计算机视觉技术的影像测量系统已经得到了深入的研究,受到了越来越多的重视。目前,工业领域中对微小尺寸零件的检测精度和检测速度等要求越来越高,传统检测方法难以达到检测要求,而计算机视觉检测技术是高精度测试领域的先进技术。随着计算机硬件性价比的不断提高,相关技术的不断发展,计算机视觉检测技术以其非接触、实时、精确、自动化程度高等特性将很快得到广泛地应用。
本文深入研究了影像测量系统整体方案和以软件技术为主要手段解决影像测量中的精度、速度和稳定性等问题。影像测量系统由机台、光源、摄像机、图像采集卡、光栅尺、光栅尺读数卡、电机、运动控制卡、PC等组成。首先,通过光源的控制获得良好质量的图像,CCD把获得的光信号转变成电信号；然后,通过图像采集卡来把被测物体的图像采集到PC里,完成受检物体的图像采集工作；最后,通过图像处理技术、空间几何运算、运动控制以及对光栅数据的采集与运算,完成被测物体的几何尺寸测量。整个系统的测量工作可以通过简单的鼠标操作完成,把人们从繁琐、复杂、繁重的工作中解脱出来。 本文对影像测量系统的关键技术进行了深入的研究,并且开发了系统的软件部分。内容主要包括：针对摄像机的图像失真,使用了有效的失真校正算法；通过对图像边缘检测技术的研究,为物体尺寸的检测和定位奠定了良好的基础；通过对摄像机自动调焦技术的研究,提出“先粗后精”的调焦算法,为获得高质量的图像提供了保证；针对全自动测量存在的问题,提出了基于相关法的图像匹配改进算法,二次匹配策略。
4.期刊论文 潘秀亮. Pan Xiuliang 特种冲模量具的测试研究 -国防技术基础2007,""(1)
本文阐述了利用具有CCD非接触式影像测量系统的万能工具显微镜检测特种冲模具的新方法及其测量不确定度的分析,通过与常用平台测量方法的对比,说明CCD测量系统实现检测自动化和人工智能化,检测数据更精确、更快捷.
5.学位论文 张立昆 擒纵轮半自动视觉检测系统的设备构建与调整 2009
微小型零件在社会生产、生活中的各个方面都有广泛的应用。由于常规检测手段的局限性，影像测量的方法在微小型零件的测量中成为了国内外竞相发展的技术。其非接触、高速化、可长时间稳定工作的测量优点，能够满足实现微小型零件批量、在线检测的要求，对于实现产品全检，提高产品质量具有重要的意义。擒纵轮半自动视觉检测仪是我课题组为“天津海鸥表业集团有限公司”研制开发的一款手表擒纵轮零件检测设备，主要用于对机械手表机芯中擒纵轮零件的几何尺寸进行视觉检测，判定被测零件的合格性。项目中，“海鸥表业”提出了高检测精度和高检测效率的要求。本课题是擒纵轮半自动视觉检测仪项目的有机组成部分。本文的主要工作如下：
⑴针对被测零件外形尺寸和对于检测精度的要求，设计合适的CCD相机、光学镜头、光源等硬件设备。为后续图像处理提供信息明朗、真实准确、分辨力较高的图像数据。
⑵介绍了软件系统的总体设计，重点学习了图像采集卡的软件开发包，根据需求选择合适的功能模块进行开发，编写相机采集、控制模块，完成系统对于采集处理的要求。并对部分调焦函数进行了编写、集成。
⑶光学镜头的光轴与被测物面在完全垂直的状态下拍照，获取的才是最理想、最真实反映被测零件尺寸特性的图片。本文对拍摄系统中，光学镜头的光轴与被测物面之间的垂直度关系给出检测与校正的方法，找出满足要求的垂直度关系，提高系统精度。
⑷对多种清晰度评价函数进行实验，嵌入系统当中，观察物距变化引起的图像清晰度函数值的变化。为以后找到一种最合适的调整物距，找寻最佳对焦物面的方法打下基础。
6.期刊论文 靳志光. 卫建东. 张冠宇. JIN Zhi-guang. WEI Jian-dong. ZHANG Guan-yu 图像全站仪影像测量精度的测试与分析 -测绘通报2008,""(2)
图像全站仪是世界上首款将数字近景摄影测量和全站仪相结合的测绘产品,在其内部集成了广角和长焦两个相机,结合PI3000后处理软件,使图像全站仪具有了三维影像测量的功能.详细介绍两种影像测量的工作方式,通过实验分析两种模式的三维建模精度.
7.期刊论文 吴云东. 张强. WU Yun-dong. ZHANG Qiang 立体测绘型双翼民用无人机航空摄影系统的实现与应用 -测绘科学技术学报2009,26(3)
按照领域专用、性价匹配的思想,设计并实现了一套满足小区域大比例尺地形图立体测绘要求的无人机航空摄影系统.该系统以双翼无人机为遥感平台,以数字相机为传感器,配置3轴稳定云台,直接获得数字航空影像,具有自主飞行、低空作业、无需机站支持、起降距离短、滑翔性能好等特点.系统包括双翼无人机、飞行自动控制与安全、CCD数字相机、稳定云台、空地无线通讯、地面站和数据处理等7个子系统.分别介绍了系统的总体结构和各子系统的技术状况;分析和比较了系统的GSD、像点移位、基高比等关键参数在保证成像质量和成图精度方面的合理性;报告和展示了系统在广州新客站、丹江口文物考古测量工程的试验情况和部分成果;最后对系统的改进提出了建议.
8.学位论文 芮会会 齿轮参数的影像测量 2010
齿轮是各种机器设备中经常用到的一种重要的传动零件。齿轮的精度直接影响到整台机器的工作性能和使用寿命。目前齿轮测量的设备众多，例如齿轮检测中心、三坐标测量机、齿轮综合检查仪等。但是其价格比较昂贵，使用和维修技术也较强，使很多中小企业迟迟不能采用。随着数字图像处理技术的快速发展，基于数字图像处理技术的图像测量的方法具有非接触、高速度、动态范围大、信息量丰富、成本相对低廉的诸多优点，可广泛应用于各种实时、在线的精密测量。本文基于图像处理进行齿轮测量的可行性，寻求一种快速、高效测量齿轮的新方法。
在第二章介绍了影像测量的基本原理和影像测量仪的软件和硬件构成；在第三章我们阐述了齿轮参数的测量方案和渐开线拟合。根据所得的齿廓图像进行渐开线拟合求出基圆半径值和渐开线起始点与基圆圆心的连线和y轴正向的夹角；对齿顶圆和齿根圆上的点进行最小二乘拟合计算齿顶圆、齿根圆半径；根据计算出来的基圆半径、渐开线起始角、齿顶圆半径和齿根圆半径来计算齿轮其他参数和加工误差；最后，对系统进行标定得到齿轮各个参数的实际值。第四章介绍了本系统中应用到的图像处理技术，并选择了一种边界提取算法。在齿轮测量中，通过三维影像仪的CCD摄像头测得被测齿轮的图像；利用中值滤波滤除图像中的噪声和干扰信号；利用Zernike矩算子，提取具有亚像素精度的齿轮边界，得到渐开线齿廓边缘点坐标。
第五章中，第五章以拍摄的一幅图片为例，介绍了数据处理的过程以及最后得到的被测齿轮的各参数及加工误差；本文通过基于MATLAB7.0平台，对一个标准直齿圆柱渐开线进行测量实验，结果证明，这种基于图像处理的齿轮参数测量方法是可行的。
最后，作为论文的结论，第六章分析了该方法对齿轮测量的可行性，并展望未来的工作。
关键词：渐开线齿轮；图像处理；边界提取；渐开线拟合；最小二乘法
9.期刊论文 罗子明. 方素平. 周海明. LUO Ziming. FANG Suping. ZHOU Haiming 影像测量中的光源自适应控制系统研究 -制造技术与机床2008,""(10)
分析了影像测量中现有的手动光源调节系统的缺点,介绍了一种光源自适应控制系统的应用原理,给出了其硬件电路和软件算法设计,并通过构建的光学系统成像模型得出了CCD器件的电荷量与光源的光强、入射角、光源到测量对象的距离关系,提出了用阈值范围内平均梯度值来评价最佳光强的新方法,实现了PID控制对光强的调节,最后对光源自适应控制系统进行了自适应控制和抗外界干扰实验.实验结果表明此控制系统具有较好的稳定性和控制精度,在此系统的调节下,影像测量在不同外界光源条件下,0.7 s内能拍摄出清晰的图像.
10.学位论文 张有权 基于机器视觉的钣金件样板自动影像测量系统 2007
影像测量技术是近年来测量领域的一个新兴研究热点，它以光学为基础，融入了光电子学、计算机技术、激光技术、图像处理技术等现代科学技术，组成光、机、电、算和控制技术一体化的综合测量系统。
本文以机器视觉理论和影像测量技术为基础，设计开发了针对钣金件样板的自动影像测量系统，实现了对样板轮廓的自动跟踪测量。
首先，本文规划设计了系统的硬件平台，包括图像采集系统、运动控制系统、机械系统三部分。其中，图像采集系统由CCD摄像机、测量显微镜和图像采集卡组成，完成被测物体的图像采集；机械系统由步进电机驱动的三坐标机械平台构成，用于固定测量显微镜和被测物体；运动控制系统采用PC机加运动控制卡的结构形式，用以实现测量时显微镜相对于被测物体的运动控制。
在影像测量算法设计方面，针对钣金件样板影像测量的特点，提出了一种由轮廓跟踪、直线提取、曲线拟合等步骤构成的图像矢量化方法。为实现样板轮廓的高效自动跟踪测量，提出了一种轮廓自动跟踪算法，使测量系统能根据被测样板的轮廓信息，通过运动控制系统和机械平台的配合，实现样板轮廓的自动跟踪测量。
最后，以VC++ 6.0为开发工具，基于模块化编程思想，完成了样机系统的应用层和执行层软件的设计开发。并对样机系统进行了CCD像机标定和实物测量试验，测量结果达到了系统的设计要求。
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下载时间：2010年12月20日