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1、基于MATLAB的圆度误差评定方法熊小平（陕理工机械工程学院 测控技术与仪器专业07级3班陕西汉中723003）指导老师：景敏扌商要:本文主要研究了基于数字图像处理技术进行的接触测量轴类零件的圆度的方法，首先对CCD摄像机采 集到的图像进行边缘检测，最后运用极点拟合法进行圆度误差的评定，该方法具有很好的实用性，可以实现在线非 接触测量。通过实验证明，使用极点拟合评定圆度误差，不仅可以提高测量精度，并且避免了圆度误差评价的非线 性求解问题，运算简单，速度快，也可应用于实际圆度测量数据的处理。关键词: 圆度误差MATLAB数字图像处理Based-on the MATLAB roundness er
2、ror evaluationXiong Xiaoping(GradeO7,Class3 ,Maj or Measuring Technolog y&I nstmmentation,Mechanical Engineering Institute Dept.Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003, Shaanxi)Tutor: Jing MinAbstract：This paper mainly researches that the untouched measuring roundness method of shaft parts
3、 based on digital image process.At first,images collected by CCD camera were processed. Then the edges of processed images were detected. Finally ,the tolerance of roundness was assessed by apices fitting method. The apices fitting method has the advantage of real time capabilities,and it can realiz
4、ed online untouched measurement The result of experiments proved that it not only can improve the measurement accuracy but also can avoid nonlinear solving problem to assess tolerance of roundness by apices fitting method. It can also be proved that the method have the advantage of simple calculatio
5、n and high speed. So the method can be used to process the roundness measurement data in practice.Key words： roundness errer MATLAB digital image procsssing目录前言11绪论21. 1选题的目的及研究意义21.2圆度误差的定义21.3目前圆度误差测量在国内外的研究现状21.3. 1圆度误差的接触检测21. 3. 2圆度误差的非接触检测31.4 MATLAB软件的语言概述51.4. 1MATLAB的主要特点51.4. 2MATLAB的主要应用领
6、域52数字图像处理技术及其相关运用72. 1数字图像处理的基本概念72.1.1数字图像处理技术的发展与现状72. 1.2 数字图像处理的主要特点72. 2数字图像的增强处理82. 2. 1像素值及其统计特征82. 2.2灰度变换102. 3边缘检测技术142. 3. 1 Robert 算子边缘检测142. 3. 2 Log算子边缘检测152. 3. 3 Canny 算子边缘检测163圆度误差的评定223. 1基于光学分度头和千分表评定圆度误差223. 1. 1试验原理223. 1.2读数原理223. 1. 3试验步骤233.1.4数据处理与评定233. 2基于MATLAB数字图像处理圆度误差2
7、53. 2. 1测量原理253. 2. 2获取原始图像253. 2. 3图像进行轮廓边缘提取263. 2. 4轮廓取极点曲线拟合273. 2. 5评定结果313. 3误差分析313. 3. 1基于光度头测量的误差分析313. 3. 2基于MATLAB测量的误差分析323. 4两种测量方法的比较32致谢34总结35参考文献36附录一37附录二38附录三39-i-t*刖旨本次毕业设计的课题是基于matlab的利用数字图像处理圆度误差的评定。设计到的主要领域 有：mat lab软件编程、数字图像处理技术、误差理论及误差处理。本次毕业设计的主要任务是对一 个圆端面提取数字图像之后，利用mat lab程
8、序对图像进行相应的预处理，然后通过编程、取点等方 法实现圆度误差的分析并最终对其进行评定。数字图像处理时利用计算机或数学系统对数字图像进行转换、加工、分析和处理，以改善其视 觉效果，满足实际的需要。或达到需要的目的。近些年来随着数字技术的发展，数字图像技术也取 得了非常大的进步，并成功运用于工业、农业、通信、国防军事、生物医学等日常生活的方方面面。 数字图像处理的方法和技术涉及数学、物理学、信号处理、控制论、模式识别、人工智能、生物医 学、神经心理学、计算机科学与技术等众多科学，是一门兼具交叉性与开放性的学科。利用数字图 像处理技术对形位误差处理比传统的方法更方便、准确而且可以实现在线的无损检
9、测，提高了结果 的可信性。本次毕业设计主要包括了以下三个方面的内容：1绪论部分主要介绍了数字图像处理技术的发展前景、现状、应用领域等；matlab软件的特点； 圆度误差的基本概念和目前的研究现状。2介绍数字了数字图像处理技术的相关运用，并结合本次毕业设计相做了相关的实例分析，说明 数字图像处理技术的对图像处理的特点。3最后分别利用光学分度头和数字千分表与数字图像处理技术对同一零件的圆度误差完成测定， 并最终确定数字图像处理技术在圆度误差检测中的可行性。最终确定了数字图像处理技术可以在圆度误差中运用，并可以推广于直线度、平行度、垂直度等 各种行为误差处理检测。当然，由于是初次完成毕业设计论文的编
10、写，有些地方存在着不妥和错误, 希望老师能够批评指正。1绪论1.1选题的目的及研究意义技术的进步，工业生产水平的提高、微型计算机技术的日趋发展和计算机的普及应用，特别 是坐标测量机日益广泛应用于生产、科研等各个领域，使检测手段发生了质的变化。因此随着机 械产品质量要求的日益严格，机械零件几何要素的形位公差也日益提高。由于对机械产品几何参 数互换性要求的日臻完善，形位公差在机械工业中应用非常普遍。如何高效准确的测量机械零件 的形位误差一直是机械零件测量工作人员的难题，随着MATLAB软件功能的日益完善，其拥有600 多个工程中要用的数学运算函数，函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成
11、果， 而且经过了各种优化及容错处理，因此使用起来可靠性非常高。我们在进行优化计算时，只需按 要求构造正确的函数模型，然后调用MATLAB的优化函数即可得到满意的结果。求解结果的可视化 通过调用MATLAB的插值函数和可视化函数即可方便地实现。本课题正是基于MATLAB软件的强大 功能作为工具平台来实现机械零件的快速精确测量，这种测量方法、这种实现理念必将会为以后 的测量方法的多样性的优化起到了非常好的积极意义1.2圆度误差的定义圆度误差是形位误差的一种，IS0R1101对圆度误差定义为：圆的形状偏离几何圆的程度。其 表示方法是将实际圆夹在二同心几何圆之间，当二几何圆的间隙为最小时，用该二几何圆
12、半径之 差来表示实际圆的圆度误差。圆度误差的大小对精密机器和仪器的性能有重要影响，它是零件几 何精度的重要指标，能否准确地测量和评定圆度误差值对保证和提高机械产品的质量至关重要。 机械零件回转表面正截面轮廓的圆度误差对机器和仪器的功能有直接的影响，因此，在设计机器 和仪器时要根据零件的功能要求给定适宜的公差。而完工零件的圆度误差是否在控制的公差之内， 则要通过测量加以判定。对回转体零件的典型截面进行圆度误差测量评定是检验该类零件加工质 量的重要指标之一。目前，测量圆度误差时常使用的方法有：比较检验法，特征参数测量法和坐 标测量法等。其中有些方法可简便快速地得到工件的圆度误差值；有些方法则只判断
13、工件是否合 格，而不需得到圆度值；随着对加工精度要求的不断提高，有时还须通过某些测量方法获得工件 的精确轮廓图形然后再分析评定它的误差值。目前，计算参照圆的计算方法在国际上常用的有4 种方法：最小二乘圆(LSC)方法；最大内切圆(MIC)方法；最小外接圆(MCC)方法和最小区域圆(MZC) 方法。然而随着现代科技的发展，各种各样的测定评定方法相继出现，使得圆度误差的分析评定 甚至是定义都在更新当中。1.3目前圆度误差测量在国内外的研究现状圆度误差检测技术在近10年以来有较大的改进，从传统的手工检测发展到目前微机自动化 等检测，从接触检测发展到非接触视觉检测。在圆度误差的评定理论方面，国內的许多
14、专家学者 的研究水平与国际基本相当。但是在实际测量仪、在线测量系统的研制和运用等方面，就综合水 平和整体实力来看，与先进国家相比仍有比较大的差距。1. 3.1圆度误差的接触检测目前的圆度误差测量大都是接触测量。接触测量包括专用的圆度测量仪器和使用传感器采集数 据的微机圆度测量系统这两大类。(1) 圆度误差测量仪器的发展现状在圆度误差的检测方面，目前圆度仪仍为圆度误差测量的最有效的手段和工具。圆度仪有转 轴式和转台式两种形式。转轴式适用于测量大的零件，测量时，被测零件固定不动，测头与零件 接触并旋转。转台式适用于测量小零件，是将被测零件装在旋转的回转台上，测头固定不动。在 测量圆度时，传感器的测
15、头始终与零件表面接触，它是通过测头与实际被测圆轮廓接触，实际被 测圆轮廓的半径变化量可通过测头反映出来，此变化量由传感器接收，并转换成电信号输送到电 气系统，经放大器、滤波器、运算器输送到微机系统，实现数据的自动处理、打印以及显示结果。 圆度仪可以保证很高的采样精度和评定精度，并配有专用的微机，工作效率高，不失为一种理想 的测量圆度误差的仪器。但是圆度仪的价格昂贵，成本高，对操作环境和条件要求严格，通常仅 限于在计量室中使用，不能用于车间现场；而且，圆度仪作为一种高精度的仪器，频繁的用于一 般普通零件的测量，在经济上也不合理；另外，由于圆度仪的规格所限，只能用于中小零件的圆 度误差的测量。在生产实践中，两点法测量圆度是另一种比较实用的方法。两点法就是采用生产中普遍使用 的游标卡尺、千分尺、光学比较仪等测量孔、轴类零件直径的方法。在检测时零件的轴线应垂直 于测量表面，同时固定轴向位置，以保持测量时千分表测头位于同一测量界面内。在被测零件回 转一周过程中，以指示器读数的最大差值之半作为半个截面的圆度误差。然后，沿轴线方向间断 的移动，重复上述步骤，测量若干截面，取其中最大的误差值作为零件的圆度误差。两点法其实 并不符合圆度误差的定义，仅为一种近似测量方法，但因测量简便，所以在生产中常用会使用。对于中小型精密零件的测量，三坐标测量机也是一种精确有效地测量仪器。测量时在被测截
