基于多光条结构光视觉传感器的大尺寸圆钢测量技术分析

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1、第一章绪论钢管是一种广泛应用的钢材，钢管产品的直径、圆度或直线度等参数与设计指标的符合程度则是其质量优劣的直接体现，因此，钢管的直径、圆度或直线度等参数测量就显得至关重要。传统的测量方法大多基于人工、离线、抽检的方式进行，工人劳动强度大、效率低，而且实时性差，不能及时、有效地对生产线进行监测和调整。为了适应现代化工业的生产，必须研究高效、自动、且能与生产线组成闭合信息反馈的测量技术及系统。近年来，随着光学、电子学、计算机控制、图像处理等学科的发展与相关技术的进步，以计算机视觉为基础的工业视觉测量应运而生，并得到了广泛关注，许多学者开展了大量的相关研究，并取得了很多研究成果。工业视觉测量具有

2、非接触、效率高、可自动、精度适中、现场适应性好等特点，被逐渐认为是实现现场在线自动快速测量的优选方案之一。因此，本论文基于计算机视觉，对大尺寸钢管直径等参数的工业视觉测量技术进行了理论研究和实验验证。1．1计算机视觉概述计算机视觉是研究用计算机来模拟人和生物的视觉功能的技术学科，它属于计算机科学和人工智能研究领域的范畴。计算机视觉就是让计算机能够感知周围视觉世界，了解它的空间组成和规律。视觉世界是一个以客观物体的空间特性为主要特征的客观世界。上世纪70年代中期到80年代初，Marr教授通过在美国麻省理工学院进行的视觉理论方面的研究，提出了计算机视觉领域第一个比较完整的理论框架。计算机视觉技

3、术的实施，使得诸多传统上利用人眼来监视和控制的工业领域实现了自动化和智能化。作为计算机视觉技术的一个重要分支，视觉检测技术日益运用于工业检测当中，由视觉传感器、主控计算机、图像采集系统以及专用图像处理系统等模块构成。通过获取被测物的信息，完成对物体外形特征的检测。它们的重要组成部分之一是视觉传感器。视觉传感器是检测系统的信息来源，一般由单目、多目CCD摄像机(双目、三目等)或辅以激光投射器等设备组成，其主要功能是获取视觉系统要处理的原始图像信息。主控计算机是视觉系统的核心处理与控制部分，主要实现测量图像的处理、模型参数的计算及整个系统各组成模块的控制任务。系统测量时，图像采集系统的输出数据

4、直接输入给主控计算机，由计第～章绪论算机完成图像的处理和分析计算。对于一些有特殊速度要求的应用场合，可采用专用的硬件图像处理系统来实现高速图像处理，从而进一步提高整个测量系统的速度。1．2视觉检测技术应用由于视觉检铡技术具有非接触、效率高、可自动、精度适中、现场适应性好等优点，因此很多研究机构、科研院所和企业单位都开展了大量的技术理论和应用研究。目前，在逆向工程、产品检测、模具设计制造与检测、虚拟现实、游戏娱乐业、文物保护等领域都有成功应用。国外此项技术研究的较早，相对较为成熟．如美国的密西根大学、Perceptron公司、德国的GOM公司、加拿大的LMI公司等己在汽车、飞机、钢铁、船舶等

5、工业领域进行了广泛应用。国内在这方面的研究起步较晚，尤其是工业现场应用刚刚开始。目前，国内研究此项技术的院校主要有天津大学、四川大学、北京航空航天大学、清华大学、哈尔滨工业大学、重庆大学、上海交通大学等等。尤其是天津大学精密铡试技术及仪器国家重点实验室在国内率先开展此项技术的研究，技术相对来说最为成熟，而且已经成功地将此项技术应用于汽车、钢铁、电子等生产领域。在汽车应用领域，采用固定式多视觉传感器组合方式先后完成了南汽IVECO车身视觉实验系统、一汽夏利轿车车身模拟在线视觉测量系统、一汽大众JETTA轿车车身在线视觉测量系统(图1-la)、一汽卡车驾驶室在线视觉测量图1-1固定式多视觉侍感

6、器测量系统系统(图1-lb)等多个现场应用，如图l-I所示。在系统应用研究的过程中，研究开发了系列视觉传感器及相关的局部和全局校准技术，相关理论研究成果获得了国家科技进步二等奖。为了适应小批量、混线型汽车生产线的发展趋势，实验第一章绪论‘●■o___o一圈14微电子器件封装共面性视觉捡测系统原理示意圉1．3圆钢参数测量相关技术研究及应用现状匝钢管参数测量依据中华人民共和国国家标准GB一17395·1988，标准巾规定了钢管的外径偏差、弯曲度及椭圆度等参数要求⋯。最早的圆钢测量方法无非是基于卡尺、千分尺的人工、手动测量，效率低，蔫●一褥黑人战如无示仅无的宣封图基涮量工器并，。所测量式验件姐为

7、标剥究机，上了≈捡质形实器图术坐s研业统线发h度高装，子意技性"的工系产开堰线产封求电示量柔州术合量生究缸直生A要微理测码．、技瓢结测车研。，业为乳峙的。原觉数术量托，觉矫，纪企，稚B定了。，视学捞测瓤上视的中冢产性群扎一究统以光量标碱础性厂用量生限瞄舒有研暴，了测坐抒基柔车应溅管局矧龇性术测外展貌场定的了汽产觉钢的想制面技瞄用开形现一术发淮生规外现理酬共量觉应还维寸了技开江铁度内实了秘脚测襁述室三尺得有究于氘钢线国式供