基于影像測量儀的試驗篩自動測量方法探究

鄒 丹

（無錫計量測試中心，江蘇 無錫214101）

1 影像測量儀及它之前對試驗篩的校準測量方法

它是一種集中了光、機、電與微機圖像處理于一體的測量儀器。試驗篩的功能是篩分，它主要用于工業生產中，在符合某個標準規范的前提下對顆粒物料進行篩分和粒度分析，很多情況下在影響產品質量的因素中物料粒度是很重要的一個。對于試驗篩的校準方法有多個國家標準對其進行了規范例，如有的試驗篩其網孔在20個以內，要使用顯微鏡檢查全部網孔，用檢查結果來判斷試驗篩的性能；但是如果試驗篩的網孔遠大于20個，即便是抽出40個網孔進行校準監測，誤差也會非常大再加上結果是隨機的，所以不能對試驗篩做出正確判斷。以往的測量方法大都使用顯微鏡或者投影儀手工完成，校準檢測人員的勞動量大、校準效率較低、校準數據存在不小的主觀性等其它問題，給相關部門的工作帶來很多麻煩。

使用常規儀器進行測量時，一般是將米字線壓在網孔的邊緣，因為儀器的視覺范圍不夠篩面只能看到一點，很難找到大尺寸的部位，所以在校準時無法解決主觀與隨意問題，這種方法需要檢測人員進行人工對線，效率很低。所以迫切需要探究出一種簡單的自動測量方式，近年來有人提出用機器視覺方式來對試驗篩進行自動校準，這個思路很好推動了試驗篩校準自動化的發展。影像測量是用精密的幾何量進行測量的，它把捕獲的工件圖像進行數字化技術處理然后提取相應的坐標點，計算工件的相關參數。這種校準方式不接觸試驗篩，對網孔及視角能夠放大很多倍、編寫程序進行測量等其它優點，它的通用性很強所以應用范圍很廣。

把影像測量儀用于對試驗篩的網孔進行校準監測時，使用其中一些通用的測量工具來測量例如線段提取等，對所有的網孔都能進行測量，所以就避免了測量的隨意性。但是這種方法也需要手工檢測每個網孔，也比較繁瑣。還要從影像測量儀入手，在它的計算機上編寫程序使平臺自動運動，還有試驗篩網孔的規律性，這時若在影像測量儀的基礎上開發出一種全自動的檢測方法，將有很大的使用意義。

本文通過大量實驗，研發了專用的測量軟件，達到對試驗篩的網孔進行自動測量的目的。

2 基于影像測量儀的校準檢測方法

對網孔進行自動測量有這幾步：自動捕獲邊緣點、擬定邊緣線段、找出徑向或緯向的網孔尺寸，網孔有圓形和方形兩種，本文把方形網孔作為研究對象。

捕獲邊緣點的方法。通過采集卡得到的圖像信息受噪聲影響較大，所以在檢測之前要對圖像進行技術處理。這些噪聲是隨機的用相應型號的濾波器如高斯濾波器就能較好的解決噪聲問題。高斯濾波器用在這里非常合適，例如二維高斯濾波等。濾波完后開始計算邊緣點，這時使用的工具是Sobel梯度算子，結果就是邊緣點的相關信息。對邊緣強度設置閥值能增加檢測結果的可靠性，由梯度算子得來的邊緣一般都不是單像素的，通過抑制操作把它變為單像素的。這時的邊緣像素是較高級別的，這會增大計算誤差，為解決這個問題就要用插值法來計算邊緣，確保計算的正確性。

從檢測算子得來的邊緣信息其來源是整幅圖像的范圍內，還有其它如雜點邊緣等，所以這些信息不能用來計算內側邊緣。這時就要在邊緣信息中找出連通區域，使用相關連通技術從起始點到相鄰的邊緣點在這之間進行搜索，然后再換一個區域還用此方法進行搜索，一直到把邊緣點搜索完為止。在連通區內找出一些封閉的，再從中找出一個含有種子點的連通區，把它的邊緣在檢測中看成是網孔的邊緣點。然后再通過分析方向數據，把邊緣點分為4組然后把每個組的所有點擬合成邊緣線段，這就是被檢測網孔的邊緣數據。這時的邊緣線段沒有經過視野限制的影響：網孔尺寸過大，機臺就會到其它位置進行搜索，直到搜索完4個邊緣，使每個邊緣都能正確、合理的擬合為線段。

根據有關規定，校準計算要有3個距離：徑向網孔距離、緯向網孔距離、絲徑距離。在獲得4條線段數據后，上面3個距離都是在兩條線段間計算的。從幾何角度上來說平行線間的距離是它們之間垂線段的長度。但實際情況是本來平行的兩線段，因為各種誤差如檢測邊緣點時產生的誤差、擬合邊緣點時產生的誤差等其它誤差的影響，兩線段經計算后幾何關系是很難平行的；此外還有網孔自身因為受力變形它的對邊幾乎上不會平行。實際情況中還有對邊不一樣長、對邊沒有對正等。

如果要計算兩條線段間的距離，它們在設計時必須得是平行的，這樣對距離的計算才會有實際意義。實際情況中因為各種誤差才造成它們之間的不平行，這個時候該如何計算它們之間的距離呢？兩線段平行時是它們之間垂線段的長度，不平行時就找一條線段再根據它來計算間距就能得到最佳的間距值。用影像測量儀測量線段時一般是捕獲很多邊緣點然后擬合成線段。但是在兩條線段上通過采集得到的邊緣點不能擬合成一條線段，這時分別對它們取點擬合就會有兩條擬合線段，找出它們的角平分線然后再根據它計算兩測量線段的距離。

試驗篩放到機臺上的時候，擺放的位置總會存在偏差，一般是測量一個網孔后其它的網孔就是傾斜的，這時就要在影像測量以上增加一個網孔校正功能，這可以避免手工操作的麻煩提高操作的效率。現在這里使用方向預估即根據上一個邊緣方向、長度，把它的中心點進行相應移動直到下一個網孔位置。

根據相關要求檢測時要找出兩個網孔作為起始位置，然后按照上面所說的步驟進行，從起始位置向周圍經、緯各方向找出10個網孔，最后對40個網孔的三個相關尺寸進行計算，得出結果后再計算這三個尺寸的平均值。檢測完后把得到的尺寸數據和標準的尺寸數據在誤差允許范圍內比較，然后對試驗篩做出正確判定，并由影像測量儀做出校準報告。

最后，還要用測量軟件對這個方法進行驗證。先把試驗篩放平接著選擇起始網孔，設定參數，通過軟件使測量儀自動校準并生產成報告。結果顯示，使用專用的測量軟件效率高、速度快，不需要多少人工操作勞動量大大降低，人員主觀因素影響和搜索的隨機性也大大降低。

3 總結

本文研究了一種試驗篩的自動測量方法，使用影像測量儀進行測量，影像測量儀的優點是測量速度快、良好的準確性、非接觸測量、通用性強等，被應用于很多企業例如電子、塑膠、五金等的生產經營活動中，并研發了相應軟件，該方法解決了對網孔校準檢測過程中出現的各種難題例如網孔邊緣點搜索、尺寸計算等，達到了用影像測量儀來對試驗篩進行校準檢測的目的，校準效率顯著提高。

［1］謝華昆.影像測量儀的發展與點評[J].工具技術，2011，45（8）：3-8.

［2］張海波，程娜，梁玉紅.基于LabVIEW的試驗篩自動校準系統[J].信息化技術與控制，2012（22）：26-28.

［3］陳曉紅，游林儒，劉少君.基于機器視覺的影像測量儀自動尋邊技術研究[J].組合機床與自動化加工技術，2013（2）：103-110.

［4］張彥軍，王睿超.控制景深提高影像測量儀Z軸測量精度[J].計測技術，2012，32（5）：47-49.