基于机器视觉的高精度测量与装配系统设计

在对某些精密产品实现自动化生产过程中,存在难以对装配该产品所需的多种装配小零件进行高精度自动测量与装配的问题。针对该问题,搭建了基于机器视觉技术的自动化测量与装配系统。基于Halcon图像处理软件平台,对零件图像进行了中值滤波、图像增强等预处理;采用了Canny算法对零件求取像素精度的边缘,并运用椭圆曲线拟合法获取了亚像素精度边缘;建立了两种相机镜头畸变模型,采用径向排列约束(RAC)标定法与张正友标定法对相机进行了标定,并对标定精度进行了对比;实验结果表明：本系统的装配同轴度精度能达到0.05mm,零件尺寸测量标准差低于3.8μm,满足工业需求,可以解决工业实际问题。     

基于机器视觉的三维灰度重构技术

基于双目立体视觉三维重构原理,采用主动扫描实现特征匹配的三维灰度重构技术,通过特征结构光扫描物体表面,由经过预标定的两套成像传感器拍摄其图像,经过图像处理程序提取出特征点,完成特征匹配,再计算出物体表面三维轮廓,同时将成像传感器中的灰度信息映射到相应的特征点,从而实现特征点的三维信息和颜色信息的重构和匹配。该技术为三维彩色逼真场景的重构奠定了基础。     

基于双目立体视觉的视线跟踪系统标定

针对使用主动红外光的视线跟踪系统存在的限制,构建了在自然光条件下允许头部自然移动的视线跟踪系统,该系统通过双目立体视觉系统获取眼睛特征参数,在三维空间中重构眼睛视线向量来估计眼睛的视线。通过头戴式标定板来估计头部姿态,减少了视线跟踪过程中头部移动带来的误差影响;提出了一种视线跟踪系统中个人参数的标定方法,该方法先假定眼睛视轴与光轴重合,由此计算出眼球的中心、半径、眼睛视轴与光轴的夹角的初始估计值,用非线性优化算法对这些初始值进行优化。通过实验表明,提出的视线跟踪算法对使用者限制较少,同时具有较高的视线估计精度,能满足很多视线跟踪应用场合的需要。     

基于机器视觉的数字化仪表字符识别

针对工业生产中测试仪表显示数据的自动识别问题,提出一种基于机器视觉的数字仪表数据识别方法;文章方法利用图像获取、图像去噪、阈值分割、光学字符识别等技术有效远程识别LCD/LED显示的数字信息。通过实验验证,该系统能远程实时识别具有LCD/LED显示的数字化仪表的显示数据,识别率能达到99%以上,并且能够实现超限报警及数据保存功能。     

智能化上料系统中工件视觉定位的研究

随着我国工业生产行业的快速发展,人工上料越来越难以适应,为解决工业生产线生产效率不高,人工成本过大,智能化不足等问题;基于国内外现有工件定位方法的研究,采用机器视觉对工件定位进行研究,利用工业相机采集图像信息,上传到PC端中 NI Vision软件进行图像预处理、边缘检测,并基于边缘检测结果提取质心点,然后利用坐标转换算法,获得对应世界坐标系下的坐标值,通过通信单元传送给机器人控制系统,控制机器手移动;经验证,算法不仅稳定可靠,而且易于修改,所得结果精度相对较高。     

基于机器视觉的软包装边缘测量及纠偏系统

针对软包装带材在运动过程中易发生跑偏现象的工程背景,设计了一种自动测量与纠偏系统。介绍了系统组成和纠偏原理,系统采用机器视觉实时采集带材边缘图像,用直方图修正方法修正图象灰度,通过增强对比度突出图像中的带材边缘特征,用基于一阶微分的边缘检测方法实现边缘识别及判定边缘位置,运用FUZZY+PID相结合的控制模型实施纠偏控制;实验结果表明,采用LED光源和Microvision数字摄像机,在200 m/min中等车速和纠偏机构速度10 mm/s条件下,系统纠偏精度在±0～±1 mm之间,稳态误差小,相对误差小,能够满足软包装带材生产过程中的纠偏要求。     

基于机器视觉的麻将包装识别系统设计

针对麻将包装在实际产线上出现的麻将牌错位、缺失、牌面翻转等问题,基于机器视觉检测技术设计了一套以DM6437处理器为硬件平台的麻将包装识别处理系统。该系统的硬件部分由摄像头板、核心板和接口板三个模块组成,配合机械传动系统来进行识别前后麻将包装的传输。系统的软件部分采用平板Pad对麻将包装进行模板录入,并设计了一套适应于不同机箱内部环境变化的背景剔除方法来完成模板整体分割,以及通过中值计算实现单目标的分离,最后还提出了一种简单高效的混合搜索方式来进行基于SAD的模板匹配。测试结果表明,识别算法对于麻将间有缝隙、麻将整体倾斜、个别或整体麻将翻转、个别麻将位置错乱等问题均能准确判别,模板匹配算法稳定性和适应性较好,识别准确率达95%以上,能满足包装流水线上的缺陷检测。     

基于嵌入式机器视觉的羊体体征测量系统

针对现有牧场牲畜测量的工作量极大及人工测量的局限性难题,提出了一种基于机器视觉的草原牧场羊体体征的非接触式测量构建方法;考虑到牧场养殖环境,采用在便携式嵌入式Linux实时操作系统平台上,通过广角摄像头获取羊的彩色图像,并调用开源计算机视觉库OpenCV对图像进行实时处理,寻找体征特征点并计算羊的体高、体长等体征数据;图像处理过程:背景差分、图像去噪、二值化、轮廓提取和特征点识别;经实验验证表明:此测量方法有一定误差,但平均相对误差不超过3%,因此该测量方法具有较好的实用价值。     

基于机器视觉的雷达测角精度评估系统

利用光学成像原理,设计了基于机器视觉的雷达测角精度评估系统,主要包括光学部分(CCD相机)、图像采集部分和图像处理与目标角度信息提取部分等;机器视觉的定位成像和高精度测角,保证了该系统能在紧缩场中对雷达系统进行自动化、高精度、实时的角度测量校准和测量精度评估试验;理论分析和仿真结果表明,补偿由于雷达系统和机器视觉系统安装位置不同引起的角度测量偏差后,在正常的实验测量误差条件下,基于机器视觉的角度测量校准和评估系统能达到0.005°的校准和评估精度。     

面向大视场视觉测量的摄像机标定技术

提出了一种面向大视场高精度视觉测量的摄像机标定新方法,该方法采用亮度自适应的单个红外发光二极管(IR-LED)作为目标靶点,将该靶点固定在三坐标测量机的测头上,并依次精确移动至预先设定的空间位置,每次靶点到达设定的空间位置时,摄像机对靶点进行图像采集。利用三坐标测量机的精确位移,在三维空间构成一个虚拟立体靶标。针对虚拟立体靶标在大视场摄像机标定中只能覆盖一小部分标定空间的问题,通过自由移动摄像机在多个方位对虚拟立体靶标进行拍摄,使得多个虚拟立体靶标分布于整个标定空间。摄像机在每个方位对虚拟立体靶标的拍摄都标定出一组摄像机的内、外参数,然后以摄像机内参数和摄像机在各个方位下拍摄的虚拟立体靶标在摄像机坐标系下的位置及姿态参数为优化变量,建立以所有三维靶点位置重投影误差平方和为最小的目标函数,采用非线性优化方法求解摄像机标定参数的最优解。该方法较好地解决了大视场视觉测量中大尺寸靶标加工困难、摄像机标定精度难以保证的问题。仿真和实际标定实验均证明此方法可以有效提高大视场摄像机的标定精度。     

基于机器视觉的细水雾液滴尺寸测量与分析

为了满足科研与工程中对细水雾液滴尺寸测量的高精度低成本要求,对雾滴尺寸的机器视觉测量方法进行了深入研究.在自行建立的高压喷雾系统与雾滴采集装置上对细水雾液滴进行了采样,用显微镜及其CCD相机对雾滴样本进行了图像采集,用图像处理软件对采集的雾滴图像进行了处理与分析,测量并统计了5966个雾滴,得到了雾滴尺寸的频谱分布和累积分布以及雾滴平均直径和特征直径,将测量结果与相位多普勒粒子分析仪(PDPA)的测量结果进行了比较.结果表明,机器视觉方法町测量的最小雾滴直径约4.39 μm;机器视觉测量结果与PDPA测最结果相当接近,两种方法测得的细水雾液滴平均直径和特征直径的相对误差均在5%以内,雾滴尺寸均匀度指数的相对误差为0.27%.     

基于机器视觉的高精密轴承在线检测

高精密轴承是一种圆柱型零件,针对圆柱型零件高曲率表面缺陷及外形尺寸不能同时进行在线检测的问题,设计并实现了基于机器视觉的在线检测系统。检测时,为了解决金属件表面反光的问题,设计了专用的光源系统和照明方式,通过光学系统和机械旋转平台的配合,圆柱型零件在旋转的过程中被光学系统成像,从而可以采集到完整的圆柱面图像;经过快速的图像处理技术,可以检测到微米级的轴承表面缺陷及外形尺寸。检测结果表明系统具有高效率、精度高、易于使用等特点,可有效解决高精密轴承表面缺陷及尺寸在线检测的问题。     

基于同心圆合成图像匹配的双目视觉标定

分析了双目视觉传感器的数学模型,提出了一种基于同心圆合成图像匹配的双目视觉传感器的标定方法。在测量范围内任意多次摆放同心圆靶标,由两台摄像机拍摄靶标图像。根据摄像机模型与已知同心圆在靶标坐标系上的位置关系,构造合成图像,将合成图像与观测图像进行相似度匹配,通过优化定位得到靶标上每个圆的圆心点图像坐标。利用左右图像对应的圆心图像坐标和双目视觉的约束关系,对双目视觉传感器参数进行非线性优化,并得到最优解。所提出的标定方法是在张正友方法的理论基础上,利用了图像的整体性进行的优化。实验结果表明,该方法提高了标定精度。     

基于机器视觉的西林瓶尺寸检测

在西林瓶生产过程中,尺寸是一项重要的产品质量判断标准,与传统的西林瓶尺寸人工检测方法相比,基于机器视觉的自动检测具有巨大优越性。为实现西林瓶尺寸的检测,提出了一种基于机器视觉的西林瓶尺寸检测方案,设计了系统的图像采集和背光源照明方案,通过中值滤波对图像进行去噪,利用对图像像素点的运算算法,对图像的灰度进行了校正变换,增强图像的对比度,采用Canny算子成功提取西林瓶边缘,在HALCON平台下实现了西林瓶尺寸测量。设定系统标定方法并选取15个2mL样品西林瓶进行测试,结果表明,该方法对西林瓶尺寸检测快速准确,边缘量化精度达到了亚像素级别,检测精度为0.02mm,满足西林瓶生产的参数测量精度要求,为工业生产产品尺寸的自动检测提供了一种有效的新途径。     

基于机器视觉的电机换向器质量在线检测系统开发

电机换向器质量检测是换向器生产线中的一个重要工序,但其仍采用人工方式,存在检测效率低、漏检率高等问题。针对此问题,本文运用图像处理和机器视觉技术,开发换向器质量在线视觉检测系统。该系统针对生产过程工艺多变,造成形状检测标准不一致问题,提出自适应学习模板方法;在轴孔孔径检测,提出基于Freeman链码改进的孔径快速检测算法;在端面缺陷中,提出基于改进视觉注意力模型的端面缺陷检测方法。实验结果表明,系统检测精度达到99.80%,漏检率为0%,F-measure值为99.89%。该系统能够快速有效检测换向器存在的外观质量问题,可满足换向器在线质量检测需求。     

基于机器视觉的锯条自动化装盒系统设计

以VS2010为软件平台,以Staubli TP80机器人,康耐视摄像机和传送带为硬件基础,对锯条进行识别,定位和动态抓取,搭建了一个基于机器视觉的工业机器人智能抓取系统,其中Staubli-TP80机器人为操作手臂,利用康耐视摄像机和工控机搭建视觉检测平台,通过抓取系统的参数化建模实现图像坐标到机器人坐标的转换,利用OpenCV函数库实现锯条的图像处理和模式匹配,最后控制机器人对动态目标进行抓取。