[发明专利]一种基于CMOS机器视觉零件尺寸测量系统及测量检验方法

说明书

技术领域

本发明属机器视觉领域，涉及一种基于CMOS机器视觉的零件尺寸测量系统及测量检验方法，具体地说，是通过以CMOS相机和光学镜头为核心构建的视觉装置来实现同规格零件外形尺寸的非接触式精确测量和零件合格与否的判定，该系统还能实现微细通孔孔径及喇叭形槽槽底宽度的测量。

背景技术

在现代工业生产中，涉及到各种各样的检验、生产监视及零件的识别应用，例如零配件批量加工的尺寸检查，自动装配的完整性检查，电子装配线的元件自动定位，IC的字符识别等，通常人眼无法连续稳定地完成这些带有亮度重复性和智能性的工作。此时人们利用光电成像系统采集被控目标图像，而后经计算机或专用图像处理模块进行数字化处理，根据图像的像素分布亮度和颜色等信息来进行尺寸、形状等的判断，由此产生了机器视觉的概念。机器视觉就是用计算机模拟人眼的视觉功能，从图像或图像序列中提取信息，对客观世界的物体进行形态和运动识别。机器视觉技术目前应用已经较为普遍，但应用于尺寸测量尚不多见。目前大部分机器视觉技术都是基于CCD技术，但是CCD技术成本较高，而同规格的CMOS价格便宜，且经实验研究表明：基于CMOS的机器视觉系统测量精度能够达到μm级精度，满足绝大部分零件的尺寸测量精度要求。

基于CMOS机器视觉的尺寸测量的关键技术包括硬件部分和软件部分两方面的技术内容。目前广泛应用的非接触式尺寸测量方法主要有以下四类：1.激光测量方法。采用激光投射到工件上，在工件后方安装一激光检测装置，由工件遮挡背景光所产生的阴影部分对应的宽度X直接反应被测工件尺寸值。缺点是装置制做难度较大，成本较高，而且光学系统需要保持干净，否则将影响测量。中间不能有障碍物，要有接收器，因为光的回馈信号变化太大而不能测定移动物体。2.气动式非接触测量方法。其测量方法是将尺寸信号转化为测量管路内气体流量的变化，并通过有刻度的玻璃管内的浮标来示值，或通过气电转换器将气信号转换为电信号由发光管组成的光柱示值。电子柱式气动测量仪不易实现气电转换，且测量目标有局限性，大多用于测量孔径或半封闭结构的尺寸，不适合测量外部尺寸，成本较高；而且测头需要靠近工件，因此需要有一定的动作方能实现尺寸测量。3.电涡流式测量方法。应用电涡流技术，电涡流传感器无需接触被测件就可以测量目标物体的位置，但进行测量时装置必须近距离测量，不能进行较远距离测量，测量精度不高，且只适合于测量金属零件。4.影像式测量方法。由光学显微镜对待测物体进行高倍率光学放大成像，经过CCD摄像系统将放大后的物体影像送入计算机后，检测工件的轮廓和表面形状尺寸，但影像测量仪是基于CCD技术，成本高，且不能进行在线测量。

上述的四类非接触式尺寸测量方法目前都有较为成熟的技术并在多篇相关文献中有较详细的介绍，但这些非接触式尺寸测量装置都存在各自的不足。且目前现有的尺寸测量方法很难实现微细通孔孔径和喇叭形槽槽底宽度的精确测量。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于CMOS机器视觉的零件尺寸测量系统及测量检验方法，不仅能实现非接触测量，可以达到较好的可靠性和测量精度，配备专用上下料系统后，还能够方便地实现在线测量，且该发明结构简单，成本低，工作效率高，灵活，测量基本不受零件尺寸的限制；不但能实现外形轮廓尺寸测量，也能完成小通孔的孔径测量；配备专用辅具后能实现喇叭形槽底宽度的测量。

本发明是采用如下技术方案实现的：设计、制造了一种基于CMOS机器视觉尺寸测量系统，包括图像采集模块，图像处理模块和尺寸测量模块。首先通过图像采集软件采集由CMOS相机经USB接口传输到计算机的零件边缘图像，然后将采集到的模拟信号转换为数字信号并输入到计算机内存中，图像处理和尺寸测量属于检测系统的软件部分，首先采用有效的图像处理方法对采集的图像进行预处理和边缘检测，得到零件图像的边缘，然后通过特征检测、尺寸测量得到边缘轮廓的像素值，通过标定，该像素值直接反映零件的尺寸。

基于CMOS机器视觉的零件尺寸测量系统包括底板、定位块、立板、背光源、成像系统、水平调节板、竖直调节板等，所述定位块固定安装在所述底板上，，所述立板通过螺钉固定在所述定位块上，所述背光源固连在立板上，所述水平调节板固定安装在所述底板上，所述竖直调节板安装在所述水平调节板上。

所述成像系统包括摄像头组件、摄像头安装块，所述摄像头组件通过摄像头安装块与所述竖直调节板相连。

所述摄像头组件包括目镜、物镜、镜筒、CMOS相机，所述CMOS相机带有USB接口，USB口直插型CMOS相机固定在摄像头组件尾端。