● 摘要
小型精密金属零件在工业领域发挥着重要作用，对其尺寸、完整性以及表面形貌的检验测量是出厂的必备工序，对厂家的利润以及产品的质量保证都具有重要的意义。目前现有的三维测量设备都有导轨，测量时需要进行人工辅助定位、对准等操作，难以达到实时性要求。因此，论文以5mm~80mm的小尺寸零件为测量对象，开发了基于双目立体视觉原理的测量系统，运用图像处理和图像特征亚像素提取技术，实现小型工业零三维尺寸的无导轨高速测量。设计了系统的测量方案和单摄像机立体视觉传感器的机械结构，并在VC平台上编写了完善的用户交互系统软件，测量范围80mm，测量精度高于0.05mm。论文完成的主要工作包括：1、综述了现阶段的非接触三维尺寸测量方法和国内外现有的尺寸测量设备，分析了非接触视觉测量技术的现状及发展趋势。2、阐述了单摄像机立体视觉测量的基本原理，针对小型工业零件的三维尺寸测量方案，建立了镜像式单摄像机立体视觉系统的测量模型并实现了模型参数标定。3、分析了单摄像机立体视觉测量中的典型图像特征提取算法和对应特征匹配算法。提出一种先将特征点稀疏化再基于极线约束关系并进行对称性测试的对应点匹配方法。4、研制了基于单摄像机立体视觉技术的无导轨视觉测量系统，完成了系统结构设计，搭建了测量系统的软硬件平台。设计了两种镜像式单摄像机立体视觉传感器的结构，给出了结构参数设计的优化方法。 5、在搭建的软硬件平台基础上，实现了对柱形工件直径、高度、表面倾斜度等多项参数的同时测量，验证了单摄像机立体视觉测量方法的可行性、能达到的精度。并设计对比实验验证光源照明方式对测量精度的影响，给出光源设计的优化方法。论文研究的基于单摄像机立体视觉的无导轨视觉测量技术，为小型零件的批量测量提供了有效的技术手段，具有广泛的应用前景。