CN101377403B - 一种零件直线边缘位置精度测量的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器视觉检测领域，公开了一种通过机器视觉对零件直线边缘位置进行高精度检测的方法及装置，解决小型零件装配中的高精度定位问题。其特征是，将需检测的零件放在夹具上；采用点接触地顶紧方式，利用球头柱塞使量块充分接触待检测零件边缘的侧面；数字摄像机采集量块刻线的灰度图像并传送到计算机，通过图像分析处理间接得到零件边缘的平面位置。本发明的效果和益处是该装置结构简单适应性强，解决了零件边缘存在缺陷造成视觉系统难于准确检测的难题。

Description

一种零件直线边缘位置精度测量的装置与方法

技术领域

本发明属于机器视觉检测技术领域，涉及一种通过计算机视觉和自动化控制技术对零件直线边缘位置的测量方法及实现该方法的一种装置，应用于集成有视觉检测系统的精密制造及装配领域。

背景技术

随着检测技术的不断发展和提高，在精密仪器仪表制造及装配领域，对其精度等级的要求越来越高。有的装配过程中，零件尺寸相对较大(几十个毫米)，而要求的精度却很高，要求达到10μm以内。目前，对于这种小型精密仪器仪表装配作业一般是由熟练操作人员在显微镜下手工完成，但仅仅依靠人的视觉和触觉是很难满足装配零件的形位要求，而且生产效率和成品率较低，产品的一致性较差，同时操作人员劳动强度大，并且对其技能具有很高的要求。随着对产品性能、质量稳定性的要求和产量需求的不断提高，手工装配难以适应。基于机器视觉的检测定位系统以其柔性化的特点在提高装配精度、保证产品质量稳定性以及提高生产率等方面，都显示出极大的优越性。在微小型零件视觉装配系统中，视觉检测部分的主要任务是对微小对象进行识别和测量定位，它必须在一定的精度要求下获取目标物体的距离、形状、位置、姿态等信息，以配合装配作业的进行。近年来，计算机视觉作为一种测量定位手段越来越引起人们的重视，它是综合运用图像工程、精密测量、以及模式识别、人工智能等技术的非接触检测方法。

由于视觉系统镜头的视场范围和测量定位精度是成反比关系的，因此在用于较大零件的高精度测量定位过程中，不可能通过获得零件整体图像来计算零件的精确位置，在查阅的文献中多是通过在零件本体上做标记点，然后对标记点进行测量来完成零件的定位，如文献【高精度贴片机视觉定位系统的研究与设计.角罕杨敏，史航，刘强.装备制造技术，2007(12)，39-41】和文献【宏衬操作结合的自动微装配系统.宗光华，孙明磊等.中国机械工程.2005第16卷第23期，2125-2130】都是对零件上的标记点进行测量定位，并采用开环控制完成零件的对准装配，文献【Precision Assembly of Active Microsystems Witha Size-Adapted Assembly System.Kerstin Schottler，Annika Raatz，JiirgenHesselbach.IFIP International Federation for Information Processing，Volume 260(2008)199-206.】也是对标记点测量定位，是一个闭环控制装配系统。以上这些测量定位过程只能适用于单一的零件，对于没有标记点或标记线的一般零件或无法制作标记点的零件则无法检测。对于零件边缘作为定位基准的情况一般可以通过边缘特征提取计算得到基准形位，但对于零件边缘存在缺陷不易正确识别的情况，就不能满足边缘基准的高精度定位。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的零件直线边缘位置精度的检测方法及其装置，解决了小型仪器仪表精密装配过程中装配零件的精确定位，达到零件相对于直线基准的高精度定位要求。

本发明的技术方案如下：

本发明的装置主要由数字摄像机、工业镜头、三维运动平台、量块、顶紧机构以及计算机控制系统组成。数字摄像机在预设定的测量位置采集特征图像，通过计算机处理计算得到直线边缘的平面位置。

球头柱塞支架、量块底座和夹具并列水平固定在同一平面上，球头柱塞支架位于量块底座的右侧，夹具位于量块底座的左侧；球头柱塞与球头柱塞支架螺纹连接，球头柱塞内有弹簧；待测零件装夹在夹具上。

量块为一长方体，其一表面刻蚀有直线度小于2μm的量块刻线，量块刻线平行于楞边且到此楞边的距离有小于10μm精度要求，与量块刻线平行且相邻的一个表面加工有V定位型槽；量块置于量块底座上；采用点接触的顶紧方式，利用球头柱塞顶紧量块V型定位槽使其充分接触待检测零件边缘的侧面，其柔性的弹簧结构允许零件在加工和装卡定位有一定误差时，仍可以使量块充分接触待测零件边缘侧面；预设定至少两个测量位置，计算机控制驱动器驱动固定在三维运动平台上的数字摄像机运动到设定位置采集量块刻线的局部灰度图像，传送给计算机，通过图像分析处理、边缘特征提取、坐标转换、边缘特征点迭代直线拟合，最后计算得到待测零件边缘的位置精度。

本发明的效果和益处是：将机器视觉测量定位应用于小型仪器仪表的精密装配中，提高了装配的自动化程度，减轻了劳动强度、提高了装配结果的精度和一致性。间接测量零件基准边缘，对零件边缘的加工质量有一定的容错性。球头柱塞组成的顶紧机构，使零件的加工和装卡定位有一定误差时，仍可以使量块充分接触零件边缘侧面。该装置结构简单，系统易于维护，实用性高。

附图说明

图1为检测系统的结构示意图。

图2为量块示意图。

图3为量块底座示意图。

图4为球头柱塞示意图。

图5为球头柱塞支架示意图。

图6图像处理及算法流程图。

图中：1数字摄像机；2三维运动平台；3驱动器；4待测零件；5夹具；6量块底座；7量块；8球头柱塞；9球头柱塞支架；10工业镜头；11V型定位槽；12量块刻线；13、14、18、19螺栓孔；15球头；16弹簧；17内六角螺栓；20螺纹孔。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

采用计算机视觉和自动化控制技术实现对待测零件直线边缘位置高精度测量的装置主要由数字摄像机1、工业镜头10、三维运动平台2、量块7、顶紧机构8、9以及计算机控制系统等组成。

工作原理和过程：

球头柱塞支架9通过螺栓孔18、19、(见图5)，量块底座6通过螺栓孔13、14(见图3)和夹具5并列水平固定于同一平面上，球头柱塞支架9位于量块底座6的右侧，夹具5位于量块底座6的左侧(见图1)。将待测零件4固定在夹具5上；量块7置于量块底座6上；球头柱塞8通过球头柱塞支架9的螺纹孔20(见图5)顶紧量块7的V型定位槽11(见图2)，使量块侧面充分接触待测零件4的检测边缘的侧面(见图1)，球头柱塞8的球头15(见图4)位移量为总位移量的1/2左右，并通过球头柱塞8的内六角螺栓17(见图4)调节适当的弹簧16的预紧力。预设定至少两个测量位置，计算机控制驱动器3驱动固定在三维运动平台2上的数字摄像机1运动到设定位置采集量块刻线12的局部灰度图像，传送给计算机。计算机获得量块刻线的图像数据，首先对图像进行中值滤波去除图像中的噪声，然后使用Canny算法提取图像中刻线的直线特征，将直线特征点集的图像坐标通过空间坐标转换得到其主平面坐标系中的点集，再采用迭代最小二乘法将点集拟合为直线y＝ax+b，计算得到待检测直线边缘的平面位置(见图6)。

Claims (2)

1.一种零件直线边缘位置精度测量的装置，包括数字摄像机(1)、工业镜头(10)、三维运动平台(2)、量块(7)、顶紧机构和计算机控制系统；其特征在于：球头柱塞支架(9)、量块底座(6)与夹具(5)并列水平固定于同一平面内，球头柱塞支架(9)位于量块底座(6)的右侧，夹具(5)位于量块底座(6)的左侧；球头柱塞(8)与球头柱塞支架(9)螺纹连接，球头柱塞(8)内有弹簧(16)；待测零件(4)固定在夹具(5)上；量块(7)为一长方体，其一表面刻蚀有直线度小于2μm的量块刻线(12)，量块刻线平行于楞边且到楞边的距离有小于10μm精度要求，与量块刻线平行且相邻的一个表面加工有V型定位槽(11)；量块(7)置于量块底座(6)上，采用点接触的顶紧方式，球头柱塞(8)通过球头(15)顶紧量块(7)的V型定位槽(11)，使量块接触待测零件(4)边缘的侧面。

2.利用权利要求1所述的装置获得零件直线边缘的平面位置的方法，其特征在于以下步骤：

预设定至少两个测量位置，计算机控制驱动器(3)驱动固定在三维运动平台上数字摄像机(1)运动到所述预设定的至少两个测量位置采集量块刻线(12)的局部灰度图像；将图像信息传送给计算机，首先对图像做中值滤波去除图像中的噪声，然后使用Canny算法提取图像中量块刻线的直线特征，将直线特征点集的图像坐标通过空间坐标转换得到其主平面坐标系中的点集，再采用迭代最小二乘法将点集拟合为直线y＝ax+b，最后间接计算得到待检测零件(4)直线边缘的平面位置。

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