基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)應(yīng)用

趙曉龍

摘 要：機(jī)械是一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，新時(shí)期以來我國經(jīng)濟(jì)步入了高速發(fā)展的通道，尤其是以信息技術(shù)為代表的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)獲得了飛速的發(fā)展，新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級直接帶動了以傳動機(jī)械制造業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，做好機(jī)械零部件的檢測是提高機(jī)械零部件質(zhì)量的重要一環(huán)，長期以來機(jī)械零部件生產(chǎn)檢測所使用的傳統(tǒng)檢測手段已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對于機(jī)械零部件的高質(zhì)量、高精度要求。為做好機(jī)械零部件機(jī)械檢測與測試需要借助于現(xiàn)今高速發(fā)展的電子信息技術(shù)。文章在分析非接觸測量技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對其在機(jī)械零部件檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了分析闡述。

關(guān)鍵詞：機(jī)械零部件；非接觸式檢測；圖像測量

中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）12-0183-02

Abstract： Machinery is an important foundation for the industrial development of a country. Since the new period， China's economy has stepped into the channel of high-speed development， especially the high-tech industry represented by information technology has gained rapid development. The transformation and upgrading of the new technology industry has directly led to the transformation and development of the manufacturing industry of transmission machinery. It is an important link to improve the quality of mechanical parts and components to do a good job in the inspection of mechanical parts. For a long time， the traditional testing methods used in the production and testing of mechanical parts have been unable to meet the requirements of high quality and high precision of modern industrial production. In order to do the mechanical testing and testing of mechanical parts， it is necessary to do a good job in the detection and testing of mechanical parts with the help of the rapid development of electronic information technology. Based on the analysis of the characteristics of non-contact measurement technology， the application of non-contact measurement technology in the inspection of mechanical parts is analyzed and expounded in this paper.

Keywords： mechanical parts； non-contact detection； image measurement

前言

機(jī)械零部件的檢測質(zhì)量與精度一直困擾著機(jī)械零部件檢測行業(yè)，機(jī)械零部件的幾何精度與尺寸精度直接影響著機(jī)械的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量?，F(xiàn)代工業(yè)對于機(jī)械零部件的質(zhì)量與精度日益提升，傳統(tǒng)的機(jī)械零部件檢測手段已經(jīng)無法滿足機(jī)械零部件的檢測需求?；趫D像處理的機(jī)械零部件檢測方法是現(xiàn)在機(jī)械零部件檢測的重要發(fā)展方向之一，基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測方法是非接觸式檢測的重要代表之一，具有檢測精度高、非接觸的特點(diǎn)能夠?qū)Ω鞣N類型的機(jī)械零部件進(jìn)行幾何精度與定位精度的檢測，尤其是對一些微小尺寸、大型機(jī)械尺寸、復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)和異形齒面的機(jī)械零部件進(jìn)行檢測時(shí)能夠更為高效、高質(zhì)量的完成檢測。

1 基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測方法的發(fā)展歷程

機(jī)械零部件的加工精度直接影響著機(jī)械零部件的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。為確保機(jī)械零部件的加工質(zhì)量需要積極做好機(jī)械零部件的幾何精度與尺寸精度的檢測。在對機(jī)械零部件進(jìn)行幾何與尺寸精度檢測的過程中主要涉及到以下尺寸：機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)尺寸、機(jī)械零部件的外形輪廓以及機(jī)械零部件的位置公差等。在對機(jī)械零部件進(jìn)行精度檢測的過程中主要利用的是卡尺、尺規(guī)、萬能工具顯微鏡等的傳統(tǒng)檢測手段，上述檢測手段存在著檢測效率不高且誤差較大的不足，隨著現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展對于機(jī)械零部件的檢測精度與檢測效率的要求越來越高，尤其是涉及到一些曲面、異形件等的檢測時(shí)傳統(tǒng)的檢測手段已經(jīng)無法滿足檢測需求?；趫D像處理的機(jī)械零部件檢測自上世紀(jì)90年代發(fā)展應(yīng)用至今廣泛應(yīng)用于機(jī)械零部件檢測的各個(gè)領(lǐng)域，基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測方法具有非接觸、檢測精度高等的特點(diǎn)，基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)主要是在利用現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上所發(fā)展起來的，其內(nèi)含有光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、信息處理等的多項(xiàng)學(xué)科，基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)中采用的圖像測量系統(tǒng)為技術(shù)核心其在航空遙感測量、幾何量的測量、精密復(fù)雜件的測量中都有著廣泛的應(yīng)用?；趫D像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)在對機(jī)械零部件的檢測中能夠?qū)?fù)雜、微小以及大尺寸的機(jī)械零部件進(jìn)行良好的檢測，尤其是對一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、異型的機(jī)械零部件進(jìn)行檢測中能夠取得較為良好的檢測效果?；趫D像處理的機(jī)械零部件檢測方法的應(yīng)用具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：（1）現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)向著小、微以及高精度的方向發(fā)展，各種小微尺寸的機(jī)械零部件越來越多的應(yīng)用于各種機(jī)械中，由于小微機(jī)械零部件的精度要求高，傳統(tǒng)的檢測手段無法滿足檢測要求?；趫D像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)采用非接觸測量方式，能夠?qū)ξ⑿×悴考ㄟ^調(diào)節(jié)攝像系統(tǒng)的放大倍數(shù)方便的實(shí)現(xiàn)毫米級、微米級甚至于納米級參數(shù)的測量?；趫D像處理的機(jī)械零部件檢測方法主要借助于高精度圖片來進(jìn)行測量，因此只要能夠保證所拍攝到的圖片具有足夠高的分辨率與精度就能夠通過算法實(shí)現(xiàn)較高的測量精度。（2）基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)除了在小微零部件獲得良好的應(yīng)用外在大型機(jī)械零部件的測量中也能夠取得較為良好的檢測效果。在應(yīng)用基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)對大型零部件進(jìn)行測量時(shí)，可以通過使用基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)對大型零部件進(jìn)行不同角度的拍攝，以此來獲得大型機(jī)械零部件各部位的多幅具有重疊的局部圖像，并對所拍攝到的圖像利用圖像之間的信息冗余進(jìn)行拼接，以此來獲得完整的機(jī)械零部件的圖像并通過對圖像進(jìn)行測量分析用以獲得零部件的完整的結(jié)構(gòu)尺寸。相較于傳統(tǒng)的測量技術(shù)，利用基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)所獲得的測量結(jié)果不但高效且精度較高。（3）在機(jī)械加工中所涉及到的眾多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件（諸如齒輪、螺紋等），這些零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜對于檢測的精度要求較高且不利于測量，此外在檢測中需要涉及到眾多的參數(shù)。在利用基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)對其進(jìn)行測量時(shí)可以利用圖像獲取一幅或是多幅圖像，并通過相應(yīng)的檢測軟件來對所獲得的圖像進(jìn)行分析用以獲得所需要的檢測數(shù)據(jù)。（4）異型曲面在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用逐漸增多，尤其是在導(dǎo)彈、飛機(jī)、汽車等領(lǐng)域中異型曲面的應(yīng)用較多，利用基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)能夠?qū)Ξ愋颓孢M(jìn)行高精度的檢測，在利用基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)對異型曲面進(jìn)行檢測時(shí)可以通過對一定類型的結(jié)構(gòu)光投射到被檢測的異型曲面上，通過拍攝結(jié)構(gòu)光的圖像并對結(jié)構(gòu)光在圖像中的位置進(jìn)行分析用以獲取所需要的異型曲面輪廓信息?；趫D像處理的機(jī)械零部件檢測在現(xiàn)代工業(yè)檢測中有著廣泛的應(yīng)用前景，應(yīng)當(dāng)積極做好新技術(shù)在基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)中的應(yīng)用，不斷提高基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)的測量效率與測量精度以使得其能夠在機(jī)械測試中發(fā)揮出更好的效果。

2 基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)的應(yīng)用原理

基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)是圖像處理技術(shù)與測量技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，其測量速度快、精度高、非接觸，能夠良好的完成各種型號、規(guī)格及復(fù)雜度零部件的測量?；趫D像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)主要依托CCD圖像傳感器作為光敏元件，以圖像處理技術(shù)作為基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，并通過相應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)對于檢測圖像的分析用以提高基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)的測量精度與測量效率。一般來說基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)在測量過程中主要遵循以下幾個(gè)測量環(huán)節(jié)：獲取被測圖像-對所獲取圖像進(jìn)行處理分析與特征獲取-圖像分類識別與判斷-計(jì)算出測量結(jié)果。

3 做好基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)在機(jī)械測試中的應(yīng)用

基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)在機(jī)械測試中有著良好的應(yīng)用前景。在基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)長期的發(fā)展與應(yīng)用中一些企業(yè)開發(fā)出了復(fù)雜的算法。但是總體來說一套測量系統(tǒng)僅應(yīng)用于單一的檢測任務(wù)中，應(yīng)用多種復(fù)雜的測量任務(wù)既不效率也不科學(xué)。一般來說基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)應(yīng)用中根據(jù)測量應(yīng)用范圍的不同可以分為：尺寸、表面質(zhì)量以及目標(biāo)識別等幾大應(yīng)用領(lǐng)域。尺寸測量是基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)應(yīng)用最早同時(shí)也是開始的研究與應(yīng)用方向。經(jīng)過多年的發(fā)展與應(yīng)用基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)已經(jīng)形成了較為成熟的技術(shù)成果，且這些技術(shù)成果廣發(fā)的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，甚至于一些公司基于這一技術(shù)開發(fā)出了一系列的應(yīng)用產(chǎn)品。在眾多的應(yīng)用產(chǎn)品中，高精度的三坐標(biāo)幾何測量與位置測量是這一技術(shù)應(yīng)用的重要方向。除了將基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)應(yīng)用于尺寸的測量外，零部件表面質(zhì)量的測量也是基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)應(yīng)用的重要方向。在應(yīng)用基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)對機(jī)械零部件表面質(zhì)量進(jìn)行測量的過程中主要涉及到對機(jī)械零件的材質(zhì)、機(jī)械零部件表面的紋理以及粗糙度的檢測，通過圖像成像能夠方便的對機(jī)械零部件表面的毛刺、劃痕以及磨損等的精度參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的測定，用以對機(jī)械零部件的表面質(zhì)量進(jìn)行良好的檢測與測試。但是需要注意的是在應(yīng)用基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)來對機(jī)械零部件的材料進(jìn)行測定的過程中，不同材料在不同的攝像過程中零件表面的反射方向較為復(fù)雜、存在著一定的陰影現(xiàn)象，從而對所拍攝的圖像質(zhì)量會產(chǎn)生較大的影響。除此之外，在將基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)應(yīng)用于工件表面質(zhì)量的檢測時(shí)對于鏡頭與零部件表面的相對位置較難把控。因此雖然基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)在零部件表面質(zhì)量的檢測中雖然能夠取得較為良好的效果但是在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中還有著一定的困難。尤其是對于一些復(fù)雜曲面或是應(yīng)用特殊材料的零部件表面進(jìn)行檢測時(shí)需要對基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的完善。（3）目標(biāo)分類與識別。對特定目標(biāo)物體的分類與識別是圖像檢測技術(shù)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一，在應(yīng)用基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)識別時(shí)所涉及到的機(jī)械零部件都屬于二維識別，在圖像識別的過程中通常采用的是對機(jī)械零部件的外形輪廓進(jìn)行建模并采用相應(yīng)的算法來從圖像中尋找與之相匹配的圖像實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的識別。三維識別主要利用的是對物體的灰度圖或是通過三維圖來獲取物體的三維結(jié)構(gòu)特征等來實(shí)現(xiàn)對于目標(biāo)的識別。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代工業(yè)對于高精度零部件的需求越來越大，隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展以及基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，能夠有效的對機(jī)械零部件的各種尺寸參數(shù)進(jìn)行精確的測量，尤其是對于一些機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件，通過在這些零部件進(jìn)行測量過程中應(yīng)用基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)能夠有效的提高零部件測量的效率與質(zhì)量。本文在分析基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對基于圖像處理的機(jī)械零部件檢測技術(shù)在機(jī)械零部件測量中的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了分析介紹。

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