基于机器视觉的圆盘分切刀轴向间隙检测研究

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机器视觉技术是图像处理技术、自动控制技术、人工智能技术的有机结合,随着机器视觉技术的不断发展,机器视觉技术在工业自动化生产系统中得到越来越广泛的应用,使工业自动化水平得到进一步的提高。尺寸测量是机器视觉技术一项重要的工业应用技术,利用光学的非接触检测方法代替传统的接触式检测方法,不仅解决了人工无法工作的环境问题,同时还大大提高了工作效率,使产品在线检测、自动控制成为了可能。圆盘剪是采用一副上下成对的圆盘刀对金属板材进行分切加工的工艺,金属板材进行分切加工时圆盘分切刀轴向间隙是影响金属板材分切断面形貌和尺寸形状精度的关键工艺参数,因此需要进行严格的控制。目前进行圆盘分切刀轴向间隙检测时仍主要采用千分尺或塞尺等传统工具,不仅工作效率低而且检测精度不易保证,本文研究利用机器视觉技术实现对圆盘分切刀轴向间隙的非接触检测。主要研究内容包括:(1)根据检测要求,确定机器视觉系统主要光学硬件,搭建圆盘分切刀轴向间隙检测实验台;(2)由于镜头自身物理特性使得其存在着一定程度的镜头畸变,从而导致图像畸变,影响工业检测,提出了利用弹性力学和有限元变形的图像畸变校正方法;(3)为了更真实反映圆盘分切刀实际结构情况,设计加工圆盘分切刀模拟结构、设计圆盘分切刀间隙调整结构,利用所搭建的视觉系统实现圆盘刀间隙检测工作。首先,根据圆盘分切刀的结构特点,普通工业镜头无法保证获取的目标图像放大倍率一致,而远心镜头由于其平行光路设计可以使检测目标在一定物距范围内成像放大倍率保持一致,因此选用物距远心镜头;同时本检测工作为小视野检测,目标图像需要具有明显边缘特征,据此选取1/2" CMOS IDS工业相机、平行光源,所选取的视觉系统工作视场为8mm×6mm。根据所选取的光学硬件搭建圆盘分切刀轴向间隙检测实验台;其次,利用视觉系统进行图像获取时,由于镜头自身物理特性使得镜头本身存在着一定的镜头畸变,从而导致获取的图像存在着图像畸变,影响检测精度,需对畸变进行校正。本文中给出了一种以平面棋盘为标定模板,利用弹性力学和有限元变形方法进行图像畸变校正的算法。根据有限元单元节点位移求取单元内任一点位移的数学思想,将棋盘模板中棋盘格看作成有限元四边形单元,棋盘格角点看作成有限元四边形单元节点,通过棋盘格角点位移求取棋盘单元格内任意点位移的方法,实现对棋盘单元格畸变图像逐点校正,最终实现棋盘模板图像的畸变校正。最后,利用光学的方法实现对目标图像轴向间隙检测,根据本文中所获取的圆盘分切刀目标图像,采用Vertex扫描法实现对圆盘分切刀刀刃点信息的获取,从而实现在图像坐标系中圆盘分切刀轴向间隙的计算,同时利用棋盘模板法对摄像机完成标定,建立图像坐标与世界坐标的对应关系,进而可以完成对圆盘分切刀轴向间隙的物理尺寸计算,最终完成本文的检测工作。
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