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专利名称：定向管平行度测量方法
技术领域：
本发明涉及一种针对平行多轴零件的平行度的测量技术，尤其涉及一种针对定向管的平行度测量方法。
背景技术：
对于大型轴类零件， 例如定向管，常规几何量具难以对其平行度进行测量。目前，对多轴零件平行度测量的方法主要有两大类瞄靶法和双经纬仪法等。瞄靶法主要有人工瞄靶法以及在此基础上改进的激光准直瞄靶法，此类方法需在炮口正前方数十米处放置靶板，通过对靶板上十字线或光斑的测量间接计算定向管间的平行度，测量过程中引入误差的环节较多，故测量精度较低。双经纬仪法用插在定向管两端带传感器的心轴的圆心连线作为定向管的轴线，所以定向管端部的尺寸精度、形状精度以及心轴制造的同轴度误差和安装随机误差都会影响测量结果的准确性。另外，对于上述两类方法，一个测量循环只能对一根定向管的轴线参数进行测量，而且测量辅助时间长，测量过程信息化水平和自动化水平低，需多人协同完成，结果受主观影响很大。近年来，随着试验的信息化水平正在大幅提升，以上测量方法明显已经滞后。因此，确有必要提供一种新的平行度测量方法来解决上述问题。

发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种定向管的平行度测量方法，其可有效改善现有技术中存在的测量精度不准，测量过程不方便的问题。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案
一种定向管平行度测量方法，包括如下步骤
首先，进行图像采集在定向管两端设置用于采集定向管端面图像并进行图像存储的摄像头，并在摄像头的视场范围内设置一铅垂线，所述定向管的端面图像中设置一基准管并以该基准管的管心作为坐标原点，以所述铅垂线作为纵坐标；
然后，进行图像处理对摄像头采集到的定向管两端的端面图像进行如下步骤的处理图像类型转化、图像滤波、图像分割、图像边缘检测及图像细化，所述图像滤波采用Sigma滤波，所述图像边缘检测包括边缘粗检测及边缘精检测；所述图像细化为利用最小二乘法或遗传算法进行反复迭代来还原定向管端面图像；
最后，对图像边缘进行图像分析，包括如下步骤图像的特征参数提取、参数分析计算及平行度判定。进一步地，所述特征参数提取包括确定每根定向管在所属图像的二维平面坐标，所述参数分析计算时进行图像配准并建立三维坐标系基准，进而得出定向管两端在所述三维坐标系内的数值；所述平行度判定时根据所述数值建立定向管空间位置模型并得出定向管平行度数据。进一步地，所述边缘精检测运用三次平均数据处理法进行，把检测精度提高到亚像素级。进一步地，进行图像配准时，以定向管两端的两幅端面图像中的管心为参考点。与现有技术相比，本发明定向管平行度测量方法利用图像技术来测量定向管，其测量结果精度高，且测量过程十分方便。

图I (A)、(B)分别为本发明定向管平行度测量 平台的主视图及侧视图。图2 (A)、(B)为定向管两端的视图。图3为本发明定向管平行度测量方法中各个步骤的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种定向管平行度测量方法，其利用一测量平台进行平行度的测量，该测量平台提供一图像采集系统及一图形工作站，并利用图像采集系统采集定向管两端的图像，在利用所述图形工作站对图像进行处理，从而测量出定向管的平行度，以下进行具体说明。本发明的平行度测量方法包括如下步骤
首先，进行图像采集利用摄像头对定向管端面进行图像采集，并将采集到的端面图像进行存储；具体来说，是在定向管两端设置摄像头，用于采集定向管两端端面的图像。然后，进行图像处理包括如下步骤图像类型转化、图像滤波、图像分割、图像边缘检测及图像细化，所述图像滤波采用Sigma滤波，所述图像边缘检测包括边缘粗检测及边缘精检测；所述图像细化利用最小二乘法或遗传算法进行反复迭代来还原定向管端面图像。最后，对图像边缘进行图像分析，包括如下步骤提取图像特征参数、参数分析计算及平行度判定，所述提取特征参数包括确定每根定向管在所属图像的二维平面坐标，所述参数分析计算时进行图像配准并建立三维坐标系基准，进而得出定向管两端在所述三维坐标系内的数值；所述平行度判定时根据所述数值建立定向管空间位置模型并得出定向管平行度数据。请参阅图I所示，本发明最佳实施方式中，配合本发明的测量方法，本发明提供的所述测量平台100包括一位于定向管200下方的工作台10、位于定向管200两端的图像输入装置、与所述图像输入装置连接的图像处理装置、图形分析装置及人机交互模块。所述工作台上方还悬挂一挂有重锤的铅垂线30，该铅垂线分别位于所述定向管的两端并位于图像输入装置对定向管端面的拍摄视场范围内，且铅垂线30垂直于工作台10。所述定向管水平放置于所述工作台上方，并以一个定向管作为基准管201，以该基准管201的管心作为坐标原点，而以所述铅垂线30作为参考纵坐标。请配合参阅图2所示，其为图像输入装置对定向管两端的拍摄图像，所述定向管两端的端面图像中包含有所述铅垂线。请配合参阅图3所示，其为本发明测量方法的各个流程步骤，其中，所述图像输入装置主要负责图像采集及图像存储功能，其包括一对位于定向管纵向两端的摄像头20，用于拍摄并存储定向管两端的端面图像。所述图像处理装置作为核心部分，负责对所述定向管的端面图像数据进行运算处理，该图像处理装置中主要包括图形类型转化单元、图像滤波单元、图像分割单元、边缘检测单元及图像细化单元。所述图形分析装置负责对定向管端面图像进行分析计算，其包括特征参数的提取单元、参数分析计算单元及平行度判定单元。所述人机交互模块主要负责通信与控制、系统标定的功能。另外，所述图形工作站采用模块式设计方案，将测量方法的各个步骤进行层层分解，各个步骤都可以独立进行，每个步骤处理得到的结果均通过统一的数据接口和通信协议进行传输，方便测量人员进行认读和控制。具体来说，针对定向管端面图像中RIO轮廓以平滑圆弧为主的特点，所述图形工作站首先利用图像处理模块进行数据处理，其采用对保持像素平滑及边界清晰性都有很好效果的Sigma滤波技术，用临近像素值计算接近实际值的平均值，再利用多窗口 Canny算子对图像进行边缘粗检测。在此基础上运用三次平均数据处理法进行边缘精检测，把检测精度提高到亚像素级。然后对选定的边缘用最小二乘法或遗传算法进行反复迭代，最大程度还原每根定位管端面的理想形状，减小形心误差，使识别、定位等方面的精度满足平行度测量要求。然后，利用所述图像分析模块，在确定每根定向管在所属图像的二维平面坐标后，分别以两幅图像中的基准管形心为参考点，对基准管的两端图像进行图像配准，构建三维坐标系的基准(请配合参阅图2所示)，进而变换出所有定向管两端的形心在三维坐标系中的数值，建立整组定向管的空间位置模型。 综上所述，本发明所述的平行度测量方法利用图像测量技术把图像作为信息传递的载体，依据视觉的原理和数字图像处理技术对定向管的成像图像进行分析研究，得到需要测量的信息，目前已成功应用于许多现代工业领域，也可应用于其他领域，例如
第一，可用于装备中特殊形状零件的几何量测量，此类零件用常规方法不易测且测不
准；
第二，可用于装备中特殊材质零件的几何量测量，如弹性材料、极低强度材料制成的零件，用常规方法对此类零件测量时易造成零件变形甚至损伤；
第三，可用于对微观物质或组织的几何特征测量，比如发动机、变速箱、液压回路等机械系统故障诊断中采用的铁谱分析法，需要对微米级磨粒的形貌及几何参数进行测量，常规方法难以做到精准。在上述领域，本发明的图像测量技术可以完全弥补常规测量方法的不足，做到便捷、精准、快速的非接触测量。以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。
权利要求
1.一种定向管平行度测量方法，包括如下步骤 首先，进行图像采集在定向管两端设置用于采集定向管端面图像并进行图像存储的摄像头，并在摄像头的视场范围内设置一铅垂线，所述定向管的端面图像中设置一基准管并以该基准管的管心作为坐标原点，以所述铅垂线作为纵坐标； 然后，进行图像处理对摄像头采集到的定向管两端的端面图像进行如下步骤的处理图像类型转化、图像滤波、图像分割、图像边缘检测及图像细化，所述图像滤波采用Sigma滤波，所述图像边缘检测包括边缘粗检测及边缘精检测；所述图像细化为利用最小二乘法或遗传算法进行反复迭代来还原定向管端面图像； 最后，对图像边缘进行图像分析，包括如下步骤图像的特征参数提取、参数分析计算及平行度判定。
2.根据权利要求I所述的定向管平行度测量方法，其特征在于所述特征参数提取包括确定每根定向管在所属图像的二维平面坐标，所述参数分析计算是进行图像配准并建立三维坐标系基准，进而得出定向管两端在所述三维坐标系内的数值；所述平行度判定是根据所述参数分析计算中得到的三维坐标系内的数值，来建立定向管的空间位置模型并得出定向管平行度数据。
3.根据权利要求2所述的定向管平行度测量方法，其特征在于所述边缘精检测运用三次平均数据处理法进行，把检测精度提高到亚像素级。
4.根据权利要求3所述的定向管平行度测量方法，其特征在于进行图像配准时，以定向管两端的两幅端面图像中的管心为参考点。
全文摘要
本发明提供了一种定向管平行度测量方法，包括如下步骤首先，进行图像采集利用一摄像头对定向管端面进行图像采集，并将采集到的端面图像进行存储；然后，进行图像处理包括如下步骤图像类型转化、图像滤波、图像分割、图像边缘检测及图像细化，所述图像滤波采用Sigma滤波，所述图像边缘检测包括边缘粗检测及边缘精检测；所述图像细化为利用最小二乘法或遗传算法进行反复迭代来还原定向管端面图像；最后，进行图像分析，包括如下步骤图像的特征参数提取、参数分析计算及平行度判定。与现有技术相比，本发明定向管平行度测量方法利用图像技术来测量定向管之间的平行度，其测量结果精度高，且测量过程十分方便。
文档编号G01B11/26GK102967277SQ201210466309
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者尹玉军, 尹晓春, 罗晓贺, 关贞珍, 刘景江, 万家庆, 唐卫 申请人:尹玉军