1. 研究目的与意义

机械零件是机械系统的重要组成部分，零件的好坏关系到整个机械系统的质量。在零件的生产过程中，零件尺寸的传统人工测量技术往往是利用游标卡尺、螺旋测微器等传统测量工具和机械装置、光学仪器等对零件进行接触式测量。传统的尺寸测量技术虽然能够满足一定精度的尺寸测量需求，但是随着我国制造业的高速发展，传统测量技术存在着测量精度不足、生产效率较低、加工系统柔性较差、零件生产成本较高且易导致零件受损等缺点，已经难以满足现代化机械制造业的生产需求。在这样的背景下，基于机器视觉的零件尺寸测量技术越发引起人们的兴趣和重视，因其非接触式、低损伤、高效清洁、精密智能等优点逐渐成为零件尺寸测量界的热门研究对象。

2. 课题关键问题和重难点

课题拟解决的问题关键：

1. 根据所需的拍摄要求，选择合适的相机，并选择相应的系统将相机与上位机进行连接，使得相机拍摄的画面在上位机中得以显现。

2. 根据选择材料的大小，设置好图像处理所需要框定的图像大小，以便对图像进行截取、分割。

3. 国内外研究现状（文献综述）

目前，对于工业零件的尺寸测量主要采用游标卡尺、钢尺、螺旋测微仪以及专用辅助接触式测量工具等通用的测量工具，操作简单。但传统人工检测存在效率低、可重复性差、测量种类单一等局限性，且无法针对测量结果进行快速分析与数据保存。三坐标测量机在工业检测中广泛应用，其测量精度高、效率高。然而三坐标测量机测量时需要与被测对象直接接触，针对精密易损类零件，存在导致划伤其表面的可能。三维激光扫描测量，是通过利用物理量之间的转化关系，来间接获取待测零件的几何尺寸。其优势在于通过激光扫描测量，具有较高的相干性和平行度，且受环境影响小，因此测量精度较高。但其操作不易，成本较高。随着我国制造业的高速发展，传统测量技术已经难以满足现代化机械制造业的生产需求。在机械自动化检测行业中，应用视觉测量技术，利用相机自动采集图像，通过上位机开展待测工件基于机器视觉的实时非接触式测量，可有效提高检测效率和精度。

国外的机器视觉测量技术发展较早，1999年angrisani等设计了一个计算汽车垫圈尺寸的视觉测量系统，可以检测并估算垫圈的长度、宽度、厚度以及面积等物理参数的自动测量系统，总体尺寸约90 mm²。通过实验验证其测量总时间约为1 min，与传统测量技术相比，速度增加了将近5～6倍^[1]。2016年kovacevic等开发了一种基于激光的视觉测量系统，对变形金属钢板（长0.3 m,宽0.1 m,厚0.15 m）表面3d轮廓进行测量，计算变形板的垂直位移并进行弯曲分析。在此测量系统中，垂直位移测量精度达到0.03 mm，横向收缩在一次性扫描过程中自动确定，其测量精度达到0.0125mm。该视觉测量系统较以往技术相比，测量精度大大提高^[2]。

随着国内智能化产业以及机器视觉技术的快速发展，越来越多的科研院所与企业，开始研究基于机器视觉的尺寸测量方法。徐兴波设计了一种用于测量洗涤轴轴向长度和直径的视觉测量系统，该轴长110 mm，直径为15 mm，通过该系统验证，洗涤轴直径的测量公差达到0.01mm，轴向长度的公差达到0.05 mm。该方案首先采用标定像素尺寸当量,然后利用针规进行尺寸校准,获得尺寸补偿值,预处理中采用高斯滤波进行图像去噪的方法，并在最后对尺寸误差进行了计算和统计学分析^[3]。粟序明等基于matlab设计了一套自动定位和测量的轴类零件系统，系统实现了对多段轴的中心、倾斜角度以及关键尺寸的提取，该轴总长116 mm，共分为4段。通过实验获得的平均定位误差为0.1 mm，平均角度误差为1，平均尺寸测量误差为0.2 mm。该测量与定位算法具有很好的延展性和可移植性，在工业中具有很大的应用价值，在保证一定精度的前提下，减轻了工人的劳动力，节省了大量的设备与人工成本^[4]。

4. 研究方案

图像处理是本课题的主要问题，将相机与上位机连接、调试，令相机所拍摄的内容能在上位机中显示，选取一板材零件，放置平面进行演示，将相机对准待测零件，使待测零件在上位机中得以显示，选择暗色背景，采用背向照明的方式,以获取高质量清晰的图像，通过程序所设定好的图像处理技术，将相机所拍摄的画面转化为待测零件一个图片，对待测零件图像使用滤波法消除噪声、图像腐蚀与膨胀，进行边界锐化等处理检测出待测零件的尺寸信息，最终在相机所拍摄的画面中显示出来，在画面中将能直接看到待测零件的长度、宽度等尺寸，并通过程序导出以excel表格的形式在外部显现，以便于接下来一系列的数据分析以及对该待测零件的再加工。

本课题采用基于机器视觉的尺寸测量技术，通过导入基于python接口的opencv软件库实现对机器视觉及图像的处理，最终实现既定的零件尺寸测量功能。对于该基于机器视觉的零件尺寸测量系统设计，所需实现的基本功能为：采用自动化控制，有手动和自动两种控制方式；检测稳定，操作简单方便；能导出报表。

根据上述设计任务中需要实现的基本功能，本设计整体分为以下几个模块：

5. 工作计划

2023.1.2～2023.1.15 完成译文翻译，查阅文献，完成开题报告并上传毕设网。

2023.1.16～2023.2.5 指导老师审核译文和开题报告，根据指导老师意见完成修改。

2023.2.6～2023.2.26 按照开题报告的方案，开始毕设课题的分析和方案设计、硬件连接和程序设计。组装相机等硬件设备，初步编写图像处理相关代码，对待测零件进行采集、分割、灰度、降噪等处理。