基于图像测量的微小零件尺寸检测

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1、９４工具技术基于图像测量的微小零件尺寸检测山博，舒启林沈阳理工大学摘要：针对１０μｍ－１０ｍｍ的微型零件，阐述了现有的主要图像测量技术，包括图像的经典边缘检测算子、亚像素级别的边缘定位检测和实现高精度的尺寸检测方法。同时，总结各种能够提高检测精度的方法，并指出图像测量的未来发展趋势。关键词：微型零件；图像测量；亚像素；高精度中图分类号：ＴＧ８０６；ＴＨ７４１文献标志码：ＡＭｉｃｒｏＰａｒｔＤｉｍｅｎｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＢａｓｅｄｏｎＩｍａｇｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｈａｎＢｏ，ＳｈｕＱｉｌｉｎＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐ

2、ｅｒｓｔａｔｅｓｅｘｉｓｔｉｎｇｍａｉｎｉｍａｇｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒ１０μｍ－１０ｃｍｍｉｃｒｏｐａｒｔｓ．Ｉｔｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅｃｌａｓｓｉｃｉｍａｇｅｅｄｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｏｒ，ｅｄｇｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｔｓｕｂｐｉｘｅｌｌｅｖｅｌａｎｄｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｄｉｍｅｎｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｓｏｒｔｓｏｆｍｅｔｈｏｄｓｔｈａｔｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｔ

3、ｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｉｍａｇｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｐａｒｔ；ｉｍａｇｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｓｕｂｐｉｘｅｌ；ｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ!引言"图像测量系统及测量过程微型零件的尺寸精度直接影响产品的质量及使如图１所示，图像测量系统一般由光源、被测零用寿命，特别是在国防、机械、航天等工业部门。传件、光学系统、ＣＣＤ成像装置、图像采集卡、计算机［３］统的测量方法包括游标卡尺、千分尺、量规、百分表、等组成。其中计算机主要负责图像的处理和结千分表等测量方法，虽然操作简单直接，但在测量过果

4、的输出。该软件平台需要首先进行图像采集整合程中受人为因素和环境因素的影响较大，难以保证及图像预处理，如减小图像的灰度等级、去噪滤波、测量精度和速度，无法实现自动测量和非接触式测图像边缘特征的加强以及锐化细化等；随后提取图量。像特征，选择适合的方法检测出图像边缘信息；最后［４］随着光电技术和计算机技术的发展，出现了新计算目标零件的几何尺寸。具体测量过程见图的图像测量技术。图像测量就是检测被测对象时，２。把图像当作传递信息和检测的载体或手段加以利用的测量方法。与传统的测量手段相比，图像测量技术不仅适用于静态测量，也同样适用于动态测量。该技

5、术采用“图像”这种信息含量非常丰富的载体，通过光路系统获得高的信号放大率，因此图像测量可以达到传统测量手段无法达到的精度。还可以对图１测量系统组成不同尺寸、不同形状的复杂零件进行测量，扩大测量范围的同时也提高了测量的灵活性。总之，图像测量技术精度高、灵活性好、动态范围大、高效经济、无需配置复杂的装置、对环境也没有特殊要求，非常适图２图像测量过程［１，２］用于一些传统测量手段无法实现的现场。因此，对图像测量方法的探讨和研究具有十分重要的#提高测量精度的方法理论及现实意义。#!选择测量系统硬件测量系统的硬件就是把被测零件转化为图像基金项

6、目：国家高技术研究发展计划资助项目（２０１２ＡＡ０４１３０３）收稿日期：２０１６年３月信息，以便后续软件进行分析处理。硬件系统的２０１６年第５０卷Ｎｏ．１０９５设计原则是在保证图像分辨率、清晰度的同时，尽（１）基于插值法的亚像素边缘定位量缩短获取图像时间，使系统低成本、抗干扰和工插值法是亚像素边缘检测最常用的算法，其核作稳定。心是对像素点的灰度值或灰度值的导数进行插值，图像测量系统对照明的要求非常高，选择合适增加信息以实现亚像素边缘检测。基本原理是首先的光源可以使图片较为清晰，大大降低图像复杂程获得边缘附近的像素灰度数据，然后根据周围

7、灰度度，减少阴影等不必要的信息。选择时应满足待测信息的分布和变化，对像素边缘点的邻域进行插值零件对光源的需求，如零件的颜色单一，则应选择单计算，获得对连续域的灰度的逼近，进而得到更为精一颜色的光源；如零件颜色复杂，则可选择组合颜色确的边缘位置。插值法计算量小，精度较高，适用于光源。零件的表面状况决定了照明方式。被测零件实时在线检测。其中，使用较多的方法有多项式插表面粗糙可选择直射，表面光滑有眩光应选择散射，值、三次样条函数插值和拉格朗日差值等。如果是镜面则应选择同轴光。零件表面平整可选择基于插值的亚像素边缘检测方法最早由Ｓｔｅｇｅｒ高

8、角度照明，如果表面凹凸不平则应选择低角度照提出，随后受到了国内外学者的广泛关注，并在此基［７］明。除此之外，应根据零件的透光性决定光源位置，础上进行了深入的研究。中南大学的艾红干提透光性好的零件应选择背向照明，不透光的零