基于线结构光视觉技术的工件尺寸三维测量系统研究
[摘 要] 针对传统测量方法无法满足复杂工件尺寸在线检测精度的问题，研究了一种由线结构光条纹中心提取、测量系统标定、工件尺寸三维测量三部分组成的基于线结构光视觉技术的工件尺寸在线三维测量系统。其中，线结构光条纹中心提取部分采用极大值法优化光条纹区域，并结合Hessian矩阵方法提取线结构光条纹中心；测量系统标定部分采用基于平面标定板的相机参数标定方法和基于最小二乘法拟合的线结构光平面参数标定方法；工件尺寸三维测量部分通过联立相机投影方程和线结构光平面方程计算工件实际尺寸。利用实际工件进行实验研究，结果表明此测量系统能满足工件测量要求。
[关键词] 工件尺寸测量；线结构光；条纹中心提取；光平面标定；三维测量
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 21. 089
[中图分类号] TM930 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2017）21- 0178- 05
0 引 言
工件尺寸是衡量加工工件质量优劣的一项重要指标，工件加工过程中工件尺寸不仅是工件质量评估的依据，还为改善工件加工工艺提供重要的反馈信息，促进工业技术的进步。
随着工业制造水平的发展，工件愈加趋于多样化、复杂化和曲面化，导致工件尺寸测量困难，因此急需更加精确的工件尺寸测量方法。由于传统的接触式测量需要接触工件导致其表面磨损，影响工件尺寸质量，因此非接触式工件尺寸测量方法是目前研究的热点[1]。
非接触式工件尺寸测量方法主要有采用超声波测量仪、立体视觉测量系统和三维激光扫描仪等来测量的方法。超声波测量仪首先向待测工件投射超声波，在待测工件内部来回反射形成震荡，然后计算超声波往返一次的传播时间和传播速度，得出待测工件的高度等尺寸信息，但超声波易受环境温度变化影响，导致工件尺寸测量精度不高[2]。立体视觉测量系统采用两台相机从不同角度同时获取待测工件图像，通过立体匹配算法得出视差图，结合三角测量原理获取被测工件的三维尺寸信息。但由于立体匹配算法无法兼顾精度和速度的难度，达不到工件尺寸测量的要求[3]。三维激光扫描仪采用非接触高速激光脉冲获取工件表面的三维信息，在三维形貌检测、大型设备检测等领域广泛应用，但其成本昂贵，难以普及[4]。
线结构光视觉测量技术是结合激光扫描技术和视觉处理技术的新兴工件尺寸测量技术，具有实时性、高精度和通用性的优点[5]。线结构光视觉测量工件尺寸方法首先对...
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