基于機器視覺技術(shù)的平面機構(gòu)運動研究.pdf

1、近年來隨著科學技術(shù)的發(fā)展,在智能技術(shù)的應用方面,機器視覺技術(shù)越來越顯出了它的優(yōu)越性。選擇用機器視覺技術(shù)來代替人工視覺,不僅能夠滿足生產(chǎn)過程中對于工作精度性和連續(xù)性的要求,而且它所特有的非接觸性足以讓人們完成很多特殊場合的生產(chǎn)作業(yè)。
　　在機械工程領域中,對于機械運動的動力學分析無論是對于研究機械的運動性能還是優(yōu)化具體的機械設計都具有很重要的研究意義。在傳統(tǒng)的機械運動分析中,常用的方法有圖解法和解析法,將機器視覺應用到對機械結(jié)構(gòu)的運

2、動分析上,實際上是將傳統(tǒng)的圖解法與解析法進行了有效的結(jié)合,既能根據(jù)攝像頭所采集的圖像進行圖解分析,也能依據(jù)解析法建立數(shù)學模型進行數(shù)據(jù)處理式的分析。
　　基于機器視覺技術(shù)的特點,結(jié)合機械結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)生活中的對于運動分析的需要,文章提出將機器視覺技術(shù)應用到機械運動的分析檢測上。結(jié)合當前機器視覺在機械領域的應用情況,將機器視覺技術(shù)用在檢測機械零件的尺寸,檢驗零件的生產(chǎn)質(zhì)量或是生產(chǎn)情況等方面的研究技術(shù)已經(jīng)開始在生產(chǎn)領域應用,而將機器視覺技術(shù)

3、應用在機械構(gòu)件的運動狀況分析上,利用攝像機標定技術(shù)對于在動態(tài)運動過程中的運動點的坐標,對運動軌跡或是運動狀況進行研究的狀況由于受到標定技術(shù)的制約一直發(fā)展緩慢。文章在對當前機器視覺的發(fā)展狀況上進行分析總結(jié),提出了利用機器視覺技術(shù)的標定技術(shù)對運動過程中的機械構(gòu)件進行運動分析的嘗試性試驗。
　　文章研究了標定技術(shù)的數(shù)學模型的理論及應用技術(shù),根據(jù)像素坐標點與世界物理坐標點之間的對應關系矩陣,即可以將采集圖像的特征點的像素坐標轉(zhuǎn)換到世界坐標

4、系下,這樣就可以得到這些特征點在物理坐標系下的坐標點,從而可以獲得我們所需要的所有的特征點的物理坐標系下的坐標,根據(jù)零件或是構(gòu)件的幾何關系或是運動關系即可達我們的最終目標。
　　本文根據(jù)以上介紹的思路先是對于在機械中應用比較廣泛的直齒圓柱齒輪的直徑進行試驗,通過攝像機的實時在線標定和對應的采集的圖像進行處理,可以獲得齒頂圓與齒根圓邊緣上,以及齒輪中心的點的物理坐標點,根據(jù)圓的概念,可以得到我們的直徑值。試驗得到的齒頂圓直徑的測量結(jié)

5、果與標準值相差不大,但是齒根圓由于在圖像處理過程中在得到齒根部分的特征點時誤差較大,測量結(jié)果不是很理想。
　　對于機構(gòu)的運動分析來講,用機械中最簡單的四連桿機構(gòu)作為試驗平臺,將目標點用標注物標記,并利用聚類分析的方法實時的將其進行識別分割,得到其的特征點,在采集特征目標時將標定板實時進行標定,這樣就可以得到每一時刻的特征點的物理坐標,在搖桿的運動一個周期內(nèi)就可以得到若干個點,將這些點的數(shù)據(jù)進行計算得到坐標之后,將其進行擬合,可以得

6、到該機構(gòu)的運動軌跡。該軌跡與仿真軌跡進行對比,即可以得到試驗情況。
　　綜合上述兩個試驗看,通過標定,獲得特征點的坐標,并進一步得到測量值,運動軌跡,甚是做出詳細的運動分析,其方法是可行的,并且在一定的試驗范圍內(nèi),其試驗的運動結(jié)果在一定程度上也可以說是理想的,并且由于測量是非接觸性的,對于試驗結(jié)果的誤差來源并沒有絲毫人為的原因包含在里面,從這些方面上說,試驗的研究價值與學術(shù)價值還是經(jīng)得起推敲和考驗的,并且很明顯的在某些應用性上顯示

7、了巨大的潛力。經(jīng)過對試驗的分析,試驗結(jié)果的誤差主要有以下幾點,一方面來自于標定的誤差,攝像機的標定實際上就是求得像素坐標系于世界坐標系之間對應關系矩陣,就像是在傳統(tǒng)測量意義上的直尺,但是這個“直尺”是會隨著拍攝環(huán)境的影響變化的,盡管標定是實時進行的,但是標定板自身是存在一些誤差的。另一方面,由于圖像采集環(huán)境實際上是實時在變化的,但是設計的圖像處理的程序確是一成不變的,而且由于拍攝的環(huán)境中不可避免的由于目標的立體性以及環(huán)境的立體性,存在大

8、量的陰影,而這些陰影是不斷的變化的,導致了圖像質(zhì)量在每一張上的不同區(qū)域都存在不均勻性,在前后不同的圖像上也存在著不均勻性,但是圖像處理的過程對于同一張圖像的不同區(qū)域或是一組圖像的每一張圖像都是相同的,也就是說圖像處理過程沒有針對性,不是很精確,這些也導致了不可避免的誤差。
　　綜上,對基于機器視覺技術(shù)的平面機構(gòu)運動研究,從簡單的層面上來看,還是有一定的學術(shù)價值與研究意義的,并且通過與其他測量或是檢測方法的對比,機器視覺的方法在某些