基于机器视觉方法的便携式布氏硬度测量装置设计与研发

摘要

硬度是材料最重要的参数之一，一定程度上反映了材料强度及刚度等性质，因此，材料的硬度测试在生产过程中具有非常重要的意义。布氏硬度作为最早提出的硬度测试方法之一，以其测量精确度高、可重复性好等优点，得到了广泛应用。传统的布氏硬度测试方法采用读数显微镜人工测量压痕大小，一方面工作量大，另一方面又引入了人为误差。因此，工业现场亟需一种便携的硬度测试压痕测量装置，实现高精度自动化测量。
　　针对布氏硬度测试压痕图像的特点，本文提出改进的存在概率图圆检测算法用来检测圆心，提出基于梯度向量径向投影的一维累加器算法来识别有效圆半径。针对压痕图像中常见的同心圆问题，提出了有效的逻辑方法，准确识别正确的压痕。为提高压痕的识别精度，提出基于最小二乘法的迭代拟合算法，不断剔除压痕边缘噪声。在有效的高精度识别算法基础上，提出了基于标准布氏硬度块的相机像素尺寸标定算法。
　　提出的圆心和半径分阶段检测的压痕识别算法，有效地克服了传统圆检测方法对噪声敏感度高的缺点，实现了复杂环境下的压痕准确提取。迭代拟合算法，通过消除噪声点的干扰，有效提高圆与压痕的匹配精度。基于完整的压痕识别算法，设计了便携式的布氏硬度测量装置，实现布氏硬度的高精度自动化测试。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容

第2章 布氏硬度测试原理及流程分析

2．1 布氏硬度测试流程

2．2 误差引入及不确定度分析

2．3 采用机器视觉方法面临的问题

2．3．1 布氏硬度测试压痕图像的特点

2．3．2 普适性差

2．4 本章小结

第3章 压痕提取算法设计

3．1 预处理

3．1．1 高斯低通滤波

3．1．2 边缘提取

3．2 圆心提取算法

3．2．1 传统圆检测算法特点分析

3．2．2 概率图算法找圆心

3．2．3 概率图算法的优化

3．3 半径提取算法

3．3．1 梯度向量径向投影累加器

3．3．2 显著度阈值

3．4 拟合算法

3．4．1 最小二乘法圆拟合

3．4．2 剔除干扰点的迭代拟合

3．4．3 拟合效果对比

3．5 相机像素尺寸标定

3．5．1 相机标定概念

3．5．2 测量用相机特点

3．5．3 标定方案选取

3．6 本章小结

第4章 算法的实现与移植

4．1 软件平台

4．2 硬件平台

4．3 图形界面

4．3．1 图形界面库

4．3．2 图形界面设计

4．3．3 QT的移植

4．4 图像处理库

4．4．1 OpenCV的移植

4．4．2 Mat与QT的接口

4．5 算法的移植

4．5．1 程序流程

4．5．2 算法效率优化

4．6 本章小节

5．1 课题总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢