基于圖像處理的平面度檢測系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及平面度測試領域，特別涉及一種基于圖像處理的平面度檢測系統。
【背景技術】
[0002] 隨著機械工業飛速發展，機械行業的工廠實驗室及其質檢部門、長度計量測試部 門對平面度和直線度的檢測量也隨之加大。在機械加工中，平面度誤差和直線度誤差是評 定工件表面平整度和直線度的重要指標。它的大小能反映一個國家的精密加工的水平。因 此，平面度誤差和直線度誤差測量技術是精密測試技術中重要研究內容之一。在測試過程 中，選擇一個合適的儀器設備是精準快捷測量的關鍵。測量數據的處理方法簡單、便利、快 捷，是目前和今后相當長一段時間內必不可少的工作方向和目標。
[0003] 目前國內外對平面度檢測的方法有很多，如間隙法、光軸法、自準直儀測量法等。 檢測數據最終輸出的形式也有多種。
[0004] 電子水平儀和計算機構成的數據采集處理系統，對平面度和直線度進行檢測。它 是在傳統水平儀的基礎上，為水平儀擴展了一個可讀寫數據存儲器(FRAM)和一個控制面 板，利用單片機自動記錄測量數據，通過串口通信將數據傳入計算機，經過數據處理評定平 板平面度誤差，并且判定平板的等級。測量方法以水平儀測量法為基礎，因此測量的基準 面為水平面。嚴格來講，用水平儀測量時，基準平面建立在通過被測平面上某一測試點并與 水平儀初始位置平行的平面上，這一平面與水平面成某一角度。使用VC++語言編寫的軟件 程序，實現了由水平儀讀入的數據的坐標轉換和處理，并能繪制出被測平板平面的三維起 伏形狀圖，對評定的實際平面度誤差和平板允許的誤差范圍進行比較，判斷平板等級，打印 輸出評定結果。
[0005] 激光平面度系統，主要采用激光準直掃描法，將穩定的激光束，沿回轉軸線射向五 角棱鏡，當五角棱鏡隨回轉軸系轉動時，經五角棱鏡折射后的出射光線掃描出一個基準光 平面。通過光電接收系統在被測平面上按照規定的位置移動，接收系統得到被測平面上各 測點相對于基準光平面的高度變化量。對此測得的數據進行數據處理就可以獲得被測平面 的平面度誤差。美國的漢黙公司生產研發的激光幾何測量校準直系統在平面度、直線度、平 行度及垂直度方面都有很好的效果。精度可達到很高的要求，通常用于精密儀器的校正檢 驗。
[0006] 基于圖像技術的平面度檢測系統。圖像測量，是在測量被測對象時，把圖像當作檢 測和傳遞信息的手段或載體加以利用的方法，其目的是從圖像中提取有用的信息。其主要 通過CCD或CMOS等圖像傳感器對測量信息進行采集，然后將圖像傳到PC機上，在可視化軟件 環境下通過數字化處理，根據像素的分布，顏色和亮度等信息，來進行平面度的判別。這種 平面度檢查儀能對檢測平面進行有效視頻顯示，將誤差檢測的可視化程度大大的提高了。
[0007] 隨著計算機技術和光電技術的發展，基于視覺圖像的檢測技術運用的越來越多。 在國外，基于計算機視覺的非接觸自動測量技術，處于世界領先地位。國外許多大學，科研 機構都把光學儀器和圖像傳感器相結合，研制了許多基于機器視覺的新型光電測量儀器。 圖像傳感器在測試領域中的應用成為現行檢測方法的必然趨勢，它能為用戶帶來直觀、精 準及快捷檢測結果，并節約時間，提高檢測效率。
[0008] 綜上所述，對目前企業及質檢部門使用的平面度檢查儀進行智能圖像化改造是可 行的，也是檢測技術發展方向的必然趨勢。在平板、平面及直線導軌等設備的檢測過程中， 主要采用人眼觀察，讀取偏差角度，然后經過測算來確定平面度等級。但這種方法讀數過程 繁瑣、測量時間長、易受人為主觀因素影響。在這種背景下，機器視覺平面度測試系統，具有 重要的實際意義。
【發明內容】
[0009] 為解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供基于圖像處理的平面度 檢測系統，其設備具有成本低，操作方法簡便，測試結果直觀性、提高工作效率等特點。
[0010] 為達到上述目的，本發明的技術方案為：
[0011]基于圖像處理的平面度檢測系統，由依次連接的圖像采集模塊、圖像處理模塊、數 據處理模塊及圖像成像模塊組成;其中，圖像采集模塊包括一位于被測平板上方的反射鏡、 光源攝像頭及圖像采集卡，光源發出激光，由被測面反射后經反射鏡進入攝像頭，通過入射 光與出射光夾角算出平面上兩點間的角度值，在圖像成像模塊中顯示出角度示值的刻線；
[0012] 之后，圖像采集模塊完成圖像成像模塊所顯示刻線的采集工作，將采集的圖像數 據進行去除噪音干擾、圖像銳化、灰度變換預處理，確定圖像中信號有無，將無用的信息去 除，增強有用的特征信息，將不完整的特征信息修復復原；
[0013] 圖像處理模塊:將預處理完成的圖像再進行圖像處理，通過去噪聲、去干擾，增強 處理、圖像復原將原始圖像加工成便于計算機識別的圖像，之后通過圖像識別對圖像處理 后的可用圖像進行特征提取、分類、分析；
[0014] 數據處理模塊：圖像處理后的數據由數據采集卡送至數據處理模塊，數據處理模 塊將圖像處理后的數據通過平面度計算公式，計算出各采集點相對于理想平面的距離偏 差，并算出平面度誤差值，同時數據處理模塊中由三位圖像擬合，直觀看出平面的誤差分布 情況。
[0015] 進一步的，所述圖像采集模塊通過CCD工業攝像機攝取平面測試件反射光線圖像， 經USB接口輸出，進入Mat lab圖像處理系統，完成圖像濾波、去噪、二值化和特征參數提取的 處理過程，最后由操作界面顯示測量結果數據和被測平面三維示意圖。
[0016] 進一步的，所述圖像采集模塊測量的角度在圖像上反應為兩條刻線的距離，CCD攝 像頭安裝在成像模塊的讀數窗口上，成像模塊的光照度足夠用于CCD攝像機圖像的攝取， CCD的工作是捕捉成像模塊中刻線圖像，圖像攝取后CCD數據由圖像采集卡完成數據的傳輸 工作，采集卡選用MV-800工業高清圖像采集卡。
[0017] 進一步的，所述圖像處理模塊與數據處理模塊中，圖像處理是將圖像中刻線的寬 度以及刻線與起始位置的距離計算出來，CCD攝取的原始圖像為幾條刻線，將圖像中成像模 塊背景圖像的反光作用以及背景中細微線紋進行圖像噪音去除，針對不同的噪聲成分采用 不同的去噪方法使得預處理圖像更理想。
[0018] 相對于現有技術，本發明的有益效果為：
[0019] 對現有使用設備和儀器進行改進。通過對檢測數據進行CCD圖像信息采集、數據轉 換傳入計算機，在MATLAB環境下，分析處理數據并對被測平面進行三維仿真，最終為測量工 作提供快捷而有效的檢測平臺。在為企業提高工作效率的同時，也擴展了研究面，為后續的 儀器設備的改進做了一個很好的開始，符合了社會發展的需要。使學術理論和實踐的結合 更加緊密，為行業的發展、社會的發展提供了很好的思路。
[0020] (l)CCD對平面度的采集
[0021] 首次提出將CCD引入到平面度檢查中，利用圖像充當檢測和傳遞信息的手段進行 檢測，通過圖像處理和分析，提取特征參數，得到測量結果和數據，實現了計算機自動化測 量。
[0022] (2)友好人機界面設計
[0023] 在淮安市計量測試所長期寶貴經驗的積累上，設計人機交互界面，實現檢測系統 的功能設置和數據存儲、查詢、警示、打印等管理操作。
[0024] 現在大部分企業都是采用的人工檢測、計算的方式，微機化沒有推廣和普及，這種 檢測方式精度低、勞動強度大，檢測手段原始，已經跟不上時代的信息化發展，需提高與改 進。本智能CCD平面度檢測系統能夠自動顯示平面測量結果，并具備警示和打印功能，提高 了檢測效果和效率。
[0025] (3)實際表面三維擬合再現
[0026]運用三維曲面擬合技術，根據觀測點坐標和測量平面度數據，仿真被測平面。通 過三維仿真曲面，顯示出被測面的平面度情況，可直觀體現測量結果數據的準確度。
[0027] (4)采用激光校準直線方式
[0028]系統采用激光校準系統，使得測量工作人性化、操作簡便靈活，降低了勞動強度。 [0029]本發明采用MV-800工業高清圖像采集卡，它支持兩路復合視頻輸入和一路S-Video輸入，分辨率720*576。置-800工業高清圖像采集卡采集lObit的高畫質高清晰圖象， 采用多層濾波，畫面分辨率高，色彩更加豐富艷麗，圖像采集的實時性能更強，采樣頻率更 高，運動圖像軟件處理不拉毛、不拉絲、不托影，圖像質量得到最大增強;性能更為穩定。MV-800工業高清圖像采集卡采集窗口大小可調，同時性價比高、兼容性好，也是本設計選擇原 因之一。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明系統框圖。
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