基于结构光的高铁白车身装配质量检测和评估

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白车身是高速列车整车上最重要的大型复杂曲面结构件,加工难度高,其加工制造的质量直接影响着高速列车的性能,而型材装配是高速列车白车身加工制造过程中的重要工序之一,直接影响到白车身的焊接质量。由于行业内目前装配质量检测主要采用人工检测,而人工检测耗时费力、成本高,且质量一致性难以保证。利用机器视觉系统代替人工检测,进行高速列车白车身装配质量的检测与评估,是实现高铁白车身高效、精确加工的有效途径之一。因此,本文研究了基于线结构光的装配质量检测方法和评估系统,主要的内容如下:首先,根据激光三角测量法原理,设计了系统硬件架构,结合系统的测量环境和工作条件完成了硬件选型,搭建了实验平台;利用Matlab相机标定工具箱对工业相机进行了标定,得到相机的内外参矩阵;采用二次交比不变法对测量系统中相对于相机坐标系下的线激光平面进行了标定,获得了光平面方程。其次,对图像中存在的噪声,设计了自适应窗口的中值滤波算法,该算法保留了中值滤波在处理脉冲噪声和斑点噪声的优点,增强了在噪声密度较大的情况下的滤波效果。实验结果表明,该算法能够得到更均衡、平滑的线结构光条纹图像。然后,针对光条纹图像中心线的提取,采用灰度重心法对Hessian矩阵算法进行了改进,该方法通过灰度重心法对条纹中心线进行粗定位,确定光条纹在图像中的区域,缩小Hessian矩阵算法在图像中的卷积范围。实验结果表明,该改进的算法保留了Hessian矩阵算法亚像素级别的提取精度,相比于Hessian矩阵算法更快速、高效。接着,针对5种装配件缝隙的形状,提出基于支持向量机的多类别分类系统。通过“一对一法”构造出多类别支持向量机分类器,通过现场采集的装配特征数据进行训练和测试,缝隙形状的识别准确率达到97%。结合高速列车白车身的装配标准及分类结果,实现了高速列车白车身装配质量的评估。最后,本文基于Windows操作系统开发了高铁白车身装配质量检测和评估的软件,实现了光条纹图像处理、坐标数据异常处理、测量数据保存、装配质量评估和人机交互等功能。人机交互界面包括配置测量参数、检测结果展示、判定是否符合标准、装配质量评估结果及系统状态等。
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