三维非接触视觉测量技术研究现状

菜单

本文所研究的内容是进行锻件在线形态尺寸非接触测量，因此，下面就对三维非接触测量技术和大锻件尺寸测量技术的国内外研究现状分别介绍。

1 三维非接触测量技术研究现状

现有的非接触测量方法主要有三种：超声波测量技术、激光测量技术和视觉测量技术。超声波测量技术不受环境光和电磁场的干扰、对恶劣环境适应性强，测量精度较高，价格适中。但它受声速、环境介质等因素干扰、抗干扰能力差，测试原理比较复杂[ ]。激光尺寸测量技术发展较成熟，测量精度可达0.5 μm,分辨率高，测量范围大，抗干扰能力强，但这种测量技术所采用的系统设备复杂，价格昂贵，不利于维护，有较高的弊端[ ]。视觉测量技术的核心设备CCD或CMOS作为一种新型的光电器件灵敏度高和操作简单等特点[ ]。国内外在视觉测量方面有很多研究，本文主要研究视觉测量技术。本文所介绍的双目立体视觉检测技术属于被动式视觉测量。被动式视觉是指不向被测物体发射任何可控光束，根据拍摄的物体图像直接计算三维信息，它主要分为单目视觉、双目视觉、及多目视觉(如图1.1)。立体视觉是计算机视觉测量方法中最重要的距离感知技术，它直接模拟人类视觉处理景物的方式，可以在多种条件下灵活地获取景物纹理信息和计算出三维信息，成本低，与其它仅获得单一信息的测量仪器相比，具有较大的优越性。 67687
立体视觉技术形式

图1.1 立体视觉技术形式

2 视觉测量技术国内外研究现状

麻省理工学院的L.Robert70年代初就研究了利用计算机科学实现从二维图像获得三维信息，开创了以三维场景为目的的三维机器视觉研究，到20世纪70年代，机器视觉逐渐开始应用[ ]。此后，70年代中期以Marr为代表的研究者提出了系统的视觉计算理论-Marr理论，该理论对机器视觉研究非常重要[ ]。

文献[12]中四川大学刘勇等基于CCD 器件尺寸测量的原理, 提出了一种运用数字图像处理的非接触在线测量锻件尺寸的方案, 同时运用高级语言编写系统软件, 并分析了该方案测量误差的计算方法。该方案价格低廉, 操作简单, 适应性广且测量结果能达到实际要求[ ]。论文网

文献[13]中燕山大学胡春海等针对大型锻件尺寸的在线测量问题，提出一种基于双CCD 的立体视觉测量方法。设计了大空间内立体视觉传感器的优化配置模型，介绍了所使用的大视场、远距离条件下摄像机模型及其标定方法。为提高测量的精度，考虑了摄像机镜头的径向畸变和切向畸变的影响。最后描述了以实物进行立体视觉尺寸测量的实验方法，最终立体视觉测量方法实用有效，具有方便快捷，简单可靠的特点[ ]。文献[14]中华中科技大学张炜等提出了一种基于结构光三维测量技术的测量系统，该系统通过对比热态锻件的光谱特性和CCD 相机的光谱响应特性, 设置了合理的图像获取方案。此外还讨论了图像噪声和无规则的相移误差对相位计算的影响, 并给出了合理的相位计算方法, 有效地提高了三维计算精度。实现了通过现场测量热态锻件以控制锻压质量的方法，改善了锻造行业内锻件高废品率的现状[ ]。文献[15]中马里兰州东海岸大学的Aaron R. Rababaah等人发展了视觉检测自动系统，以弥补操作工测量的缺陷[ ]。

文献[16]中大连理工大学的王邦国采用热态锻件光谱选择性图像采集方法、通过重建的投影特征线反映锻件几何形状并测量其尺寸方法及研制的大型热态锻件几何参数测量系统等研究工作为大型锻件热态几何参数提供了一种有效的测量手段[ ]。文献[17]中大连理工大学刘巍等研发了一种大尺寸高温构件几何尺寸在线测量系统[ ]，文献[18]中燕山大学聂绍珉等为解决大型锻件尺寸测量的难题,研制了一种基于CCD的大型锻件尺寸测量系统,该系统可实现热态、远程非接触测量,特大直径的测量误差小于2mm,一般尺寸小于1mm。操作简单、方便,可靠性强,测量精度高[ ]。文献[19]中四川大学郑路遥等研究了基于非接触测量的大型锻件测控一体化方案。系统采用嵌套式双闭环控制模式实现锻压过程的自动控制，外闭环用上位机对CCD 拍摄锻件的实时图像进行处理，测得实时尺寸后，指示下位机控制步进电机，驱动液压机各机构手柄以控制锻压进程；内闭环引入磁致伸缩位移传感器检测锻压机锤头和工作台的位移，实时控制锻压量。实现了锻压过程的实时测量及自动控制的一体化，方案具有一定的实用性，适宜推广[ ]。