基于机器视觉的大尺寸工件自动测量系统

0引言 近年来，随着航空航天、大型船舶制造、采矿及新能源
工业的快速发展，大尺寸工件在市场上的需求日益增多，测 量精度的要求也越来越高［1］。目前，大尺寸工件的测量方 式主要是人工测量，但是这种测量方式存在很多的问题： 人 工测量精度低； 实时性差、效率低、产品的成本提高； 稳定性 不 高，人 工 测 量 精 度 往 往 会 受 到 操 作 者 本 身 情 绪 的 影 响［2］。因此，基于机器视觉的测量方法得到了快速发展。
（ 1． 江南大学 机械工程学院，江苏 无锡 214122； 2． 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，江苏 无锡 214122）
摘 要： 针对目前对于大尺寸工件二维形貌测量效率低、精度低的问题，设计了一种基于机器视觉的大尺
寸工件二维形貌检测系统，主要包括硬件系统设计和软件系统设计。针对工件尺寸大的特点，利用光电编
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传感器与微系统（ Transducer and Microsystem Technologies）
2019 年 第 38 卷 第 4 期
DOI： 10． 13873 / J． 1000—9787（ 2019） 04—0104—04
基于机器视觉的大尺寸工件自动测量系统*
冯 西1，2 ，吴静静1，2 ，安 伟1，2
法精度高，稳定性好。
关键词： 机器视觉； 大尺寸； 二维形貌测量； 亚像素边缘检测； 坐标转换
中图分类号： TP 391
文献标识码： A
文章编号： 1000—9787（ 2019） 04—0104—04
Ｒesearch on automatic measurement system of large size workpiece based on machine vision*
机器视觉是利用计算机对图像或视频进行处理，实现 对二维或三 维 场 景 的 识 别、检 测、感 知 和 理 解 等 功 能［3］。
收稿日期： 2018—01—22 * 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 61305016）
目前，机器视觉 已 广 泛 应 用 于 工 业 测 量 领 域，且 具 有 非 接 触、高效、可靠、通用性好、易于实现自动化等优点。因此， 机器视觉在大批量、连续自动化生产流水线上具有很高的 应用价值，能够对产品进行辨识和外形尺寸测量等［4］。
Wuxi 214122，China）
wk.baidu.com
Abstract： Aiming at problems of low efficiency and low precision of two-dimensional （ 2D ） morphology measurement of large size workpiece，a 2D mophology measurement system of large size workpiece is designed based on machine vision． This system mainly includes hardware system design and software system design． The camera position is precisely located by optical-electricity encoder． The large size workpiece is divided into several parts to be captured，and coordinate transformation math model is constructed，size measurement of large size workpiece is realized． A subpixel straight line / arc detection algorithm based on improved random sample consensus（ ＲANSAC） is designed，aiming at problem of low precision of normal linear / arc detection algorithm， which can get exact equation of the straight line / arc． Experimental results show that the system has high precision algorithm and good stability． Keywords： machine vision； large size； two-dimensional（ 2D） mophology measurement； subpixel edge detection； coordinate transformation
码器精确定位相机位置，将大尺寸工件分解为多个部分进行采集，建立坐标转换数学模型，实现大尺寸工
件的尺寸测量； 针对通用的直线 / 圆弧检测算法精度低的问题，设计了一种基于改进随机抽样一致性
（ ＲANSAC） 的亚像素直线 / 圆弧检测算法，可以得到精确的直线 / 圆弧方程。实验结果表明： 设计的系统算
为提高大尺寸工件的测量效率和测量精度，实现大尺 寸钢板构件二维形貌的自动精确测量，本文利用机器视觉 方法设计了一种自动测量系统。 1 系统总体方案 1． 1 总体方案设计
系统的对象测量为大尺寸激光切割件，一般大尺寸工
第4 期
冯 西，等： 基于机器视觉的大尺寸工件自动测量系统
FENG Xi1，2 ，WU Jing-Jing1，2 ，AN Wei1，2
（ 1． School of Mechanical Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China； 2． Key Laboratory of Advanced Food Manufacturing Equipment and Technology of Jiangsu Province，