小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测量研究

The online and real-time dynamic measurement of the geometric dimensions of the complex and precise mechanical workpiece which provides the feedback to guide the machining can significantly improve the machining efficiency and quality, thereby it has the great significance for the development and production of national major equipments. The project will focus on the research on the online dynamic vision measurement of the geometric dimensions of the complex and precise mechanical workpiece from the theoretical method, the key technologies and devices. The main research contents as follows: The hardware and software frame structure, the measurement principle and the high precision mathematical model of the measurement system will be researched; By analyzing the characteristics of the images of the metal mechanical workpiece under the highly reflection environment, the fast recognition and location of the laser stripe will be realized by the multi-scale image analysis; The synchronization calibration method for the measurement system using a grid ball target will be proposed, which can realize the fast and high precision calibration; A prototype of the measurement system will be developed and evaluated by the real experiment. The project will break through the key problem of the online dynamic measurement of the geometric dimensions of the complex and precise mechanical workpiece. It has the important theoretical significance and practical value to promote the introduction of the vision measurement in the closed-loop control of the precision machining and further improves the machining efficiency and quality.

在线实时动态测量复杂精密工件几何尺寸并反馈指导机械加工，可显著提高加工效率及加工质量，对保证国家重大装备的研制与生产具有重要意义。本项目围绕小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测量，从理论方法、关键技术与系统装置等方面开展深入研究。主要研究内容为：拟研究小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测量系统软硬件框架结构、测量机理及高精度数学模型；深入分析金属机械工件反光图像特点，拟提出基于多尺度图像分析的强反光光条图像快速高精度定位及识别方法；拟提出基于网格球靶标的多视觉传感器测量系统现场同步标定方法，实现一步式现场快速高精度标定；拟建立测量系统样机，对其各项性能指标进行实验验证和评价。本项目将突破制约小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测量的关键瓶颈问题，对推动在精密机械加工的闭环控制中引入视觉检测，进一步提高加工效率和质量具有重要的理论意义和实际价值。

在线实时动态测量复杂精密工件几何尺寸并反馈指导机械加工，可显著提高加工效率及加工质量，对保证国家重大装备的研制与生产具有重要意义。本项目针对制约小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测量的关键瓶颈问题开展了研究，取得了系列的研究成果，具体如下：.1.根据小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测量的特点，克服现有技术的不足，提供一种采用单个摄像机和光条投射器在狭小空间内进行多视点测量的小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测量系统及方法，并建立了高精度测量系统数学模型。.2.针对复杂的现场测量环境，提出了新的激光光条图像增强及提取方法并实现并行加速，以及基于核相关滤波器（KCF）图像特征在线跟踪定位方法，解决了低亮度、非均匀宽度激光光条图像下的高精度实时自主检测问题。.3.针对小空间内的测量环境存在弱光，强光、反光等复杂光线，导致采用依靠靶标特征点的立体视觉传感器标定方法进行在线标定存在困难的问题，提出了系列测量系统现场同步快速高精度标定方法，提高了标定工作的灵活性和方便性，解决了现有标定方法在复杂工业现场应用中的局限性。.4. 搭建了小空间复杂精密工件几何尺寸在线动态视觉测量系统原理样机，进行了验证和实验，实验结果验证了系统原理样机的有效性。实验证明，系统同步视点数4个，在被测物体为40cm×40cm×40cm范围内系统单视点测量精度为0.016mm，多视点测量精度为0.10 mm，最高测量频率可达30Hz，分辨率可达1944像素×2592像素。.本项目研究期间共发表论文14篇，其中SCI检索12篇，EI检索2篇；共申请专利7项，其中已授权2项；培养博士研究生4名（已毕业1人），硕士研究生7人（已毕业3人）。

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