基于機(jī)器視覺的磨削表面粗糙度檢測(cè)方法研究.pdf

1、表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度，與機(jī)械零件的使用性能密切相關(guān)，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的壽命和可靠性有重要影響，因此，精確、高效和可靠地測(cè)量粗糙度對(duì)制造業(yè)意義重大。隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，對(duì)表面粗糙度測(cè)量?jī)x器的性能（效率、精確度、穩(wěn)定性等）提出了越來(lái)越高的要求，傳統(tǒng)的粗糙度測(cè)量方法已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際的需求。因此，探索一種非接觸、高效、高精度的粗糙度測(cè)量方法成為科研學(xué)者的研究熱點(diǎn)。由于基于機(jī)器視覺的檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)效率

2、高、獲取信息量大、測(cè)量精度高、柔性好、非接觸、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，被不少學(xué)者引入到粗糙度測(cè)量研究中，取得了良好效果，但是仍然存在一系列問(wèn)題。
　　本論文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和長(zhǎng)沙市重大專項(xiàng)資助下，對(duì)基于機(jī)器視覺的磨削表面粗糙度測(cè)量方法進(jìn)行了研究與探索。
　　論文的主要研究工作有:
　　(1)介紹了表面粗糙度的定義及其與波紋度和表面形狀誤差之間的差異性;根據(jù)國(guó)家以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)介紹了表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)，介紹了如何選取取樣長(zhǎng)度

3、以及評(píng)定長(zhǎng)度;總結(jié)了一般機(jī)器視覺檢測(cè)粗糙度的系統(tǒng)構(gòu)成，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)中如何進(jìn)行光源、鏡頭以及相機(jī)的選擇;分析了粗糙表面的成像機(jī)理以及磨削樣塊的紋理方向?qū)Τ上褓|(zhì)量的影響。
　　(2)針對(duì)當(dāng)前基于機(jī)器視覺的粗糙度檢測(cè)方法測(cè)量工件范圍有限、采用的指標(biāo)考慮因素不全面問(wèn)題，提出了一種基于圖像質(zhì)量算法的粗糙度檢測(cè)新方法。該方法在梯度相似度圖像質(zhì)量算法(GSSIM)的基礎(chǔ)上，引入了區(qū)域?qū)Ρ榷?，提出了基于區(qū)域?qū)Ρ榷群吞荻冉Y(jié)構(gòu)相似度(RCGSSIM

4、)的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)和相應(yīng)的計(jì)算方法，并設(shè)計(jì)了一套基于圖像質(zhì)量的磨削表面粗糙度測(cè)量裝置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磨削表面粗糙度Ra與圖像質(zhì)量有明顯的線性相關(guān)性，相比傳統(tǒng)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)算法，RCGSSIM綜合性能最好，能更好地應(yīng)用于粗糙度非接觸在線測(cè)量。
　　(3)針對(duì)當(dāng)前機(jī)器視覺檢測(cè)粗糙度計(jì)算復(fù)雜、受光源影響大的問(wèn)題，提出一種對(duì)光源魯棒的磨削表面粗糙度檢測(cè)方法。根據(jù)光源在不同粗糙度等級(jí)表面上形成虛像的擴(kuò)散區(qū)域大小不同，設(shè)計(jì)了兩種基色光源組成磨

5、削樣件的參考照明條件，提出了基于RGB顏色空間的彩色分布統(tǒng)計(jì)矩陣以及相應(yīng)的重合度指標(biāo)，構(gòu)建了重合度指標(biāo)與粗糙度之間的關(guān)系模型，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為支撐討論了光源亮度和紋理方向?qū)υ撽P(guān)系模型的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于彩色圖像重合度的表面粗糙度檢測(cè)方法精度較高、檢測(cè)范圍較廣，對(duì)光源亮度和紋理方向均有一定的魯棒性，工程應(yīng)用的潛力巨大。
　　(4)針對(duì)當(dāng)前基于機(jī)器視覺的粗糙度檢測(cè)方法驗(yàn)證過(guò)程中樣塊制作費(fèi)時(shí)、費(fèi)力以及樣塊表面粗糙度實(shí)際測(cè)量結(jié)果不精準(zhǔn)問(wèn)