謝衛(wèi)容，王心怡，程龍飛，吳慶華，陳久印，何 濤

（1湖北工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代制造質(zhì)量工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430068；2湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 武漢430068）

國內(nèi)外螺紋檢測(cè)方法大多數(shù)以接觸式檢測(cè)為主，測(cè)量過程耗時(shí)費(fèi)力，并且對(duì)檢測(cè)人員要求較高，檢測(cè)精度受人為因素影響較大。針對(duì)以上問題，本文提出基于單相機(jī)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的三維重建的檢測(cè)方法。該方法操作簡單，穩(wěn)定性高，檢測(cè)結(jié)果可視化，直觀明了，可同時(shí)檢測(cè)螺紋的多種參數(shù)。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

單相機(jī)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的螺紋目標(biāo)三維重建測(cè)試系統(tǒng)主要由旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、微型計(jì)算機(jī)、平板光源、CCD相機(jī)以及DMC2410運(yùn)動(dòng)控制卡等組成（圖1）。

圖1 三維重建測(cè)試系統(tǒng)原理配置圖

結(jié)合系統(tǒng)要求，對(duì)該旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保旋轉(zhuǎn)工作平臺(tái)能夠每次按指定的角度準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)，并且觸發(fā)光電傳感器，使CCD相機(jī)準(zhǔn)確拍取每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下的螺紋圖像。該三維重建測(cè)試系統(tǒng)利用圖像裁剪，二值化、腐蝕、濾波、提取輪廓等技術(shù)獲取螺紋點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，進(jìn)行螺紋面的三維重建。通過上位機(jī)程序進(jìn)行螺紋缺陷的動(dòng)態(tài)顯示、處理以及存儲(chǔ)。

2 系統(tǒng)的標(biāo)定

由于CCD相機(jī)在實(shí)際成像過程中會(huì)產(chǎn)生圖像幾何畸變，因此如何準(zhǔn)備獲取CCD實(shí)際參數(shù)直接影響到成像質(zhì)量以及三維測(cè)試系統(tǒng)的精度。以像素為單位的尺寸轉(zhuǎn)換為實(shí)際空間中以mm為單位的尺寸，被稱為機(jī)器視覺系統(tǒng)的標(biāo)定。大部分商業(yè)用機(jī)器視覺軟件包通常都使用系統(tǒng)標(biāo)定將像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為物理坐標(biāo)，如Adept公司的 Hex Sight軟件、MVTec公司的HALCON軟件等。本文采用相對(duì)標(biāo)定方法，即通過測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)件的像素尺寸，而標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸已知，從而得到像素與mm換算的比例關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，為了提高圖像的分辨率，用30萬像素分辨率CCD對(duì)活塞環(huán)局部拍照獲局部照片，獲取活塞環(huán)局部圖，對(duì)某一型號(hào)活塞環(huán)進(jìn)行測(cè)量；在相同的照明、圖像采集等條件下標(biāo)定，像素與mm的換算關(guān)系為k＝74.671 pixels／mm，重復(fù)測(cè)量的精度達(dá)到0.08～0.19像素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明，通過標(biāo)定后，測(cè)量精度高達(dá)0.005 mm，完全滿足系統(tǒng)檢測(cè)要求。

表1 標(biāo)定定結(jié)果

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本三維重建測(cè)試系統(tǒng)使用MFC編程，其三維重建測(cè)試系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 三維重建測(cè)試系統(tǒng)流程圖

4 測(cè)試結(jié)果分析

用30萬像素分辨率CCD獲取管螺紋圖片，在相同的檢測(cè)環(huán)境下，通過寬度分別為14.000 mm和8.500 mm的標(biāo)定塊進(jìn)行標(biāo)定，像素與mm的換算關(guān)系為29.747 pixels／mm，重復(fù)測(cè)量的精度達(dá)到0.15～0.30像素。表2為某一螺紋的檢測(cè)結(jié)果。

表2 某一螺紋檢測(cè)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)表明，通過標(biāo)定后，測(cè)量的精度達(dá)到0.006 mm，在4 000次螺紋外觀缺陷識(shí)別試驗(yàn)中，合格品為3 800個(gè)，有表面破損的不合格品為200個(gè)。合格品判斷為不合格的情況只出現(xiàn)5次，不合格品判斷為合格品的次數(shù)為0，存在螺紋外觀缺陷的產(chǎn)品可100%識(shí)別，其過判率小于0.1%。

5 結(jié)束語

本三維重建檢測(cè)系統(tǒng)采用單相機(jī)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的方法。該方法硬件成本相對(duì)低廉，檢測(cè)速度快，檢測(cè)結(jié)果直觀明了。經(jīng)驗(yàn)證，該方法準(zhǔn)確率高。

［1］韓九強(qiáng).機(jī)器視覺技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：高等教育出版社，2009：2－15.

［2］夏良正.數(shù)字圖像處理［M］.南京：東南大學(xué)出版社，1999.

［3］李 健，劉先林，劉鳳德.基于雙立體同步攝影的面部三維重建與量測(cè)［J］.測(cè)繪科學(xué)，2002（02）：43－45.