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国外内燃机
2016年第1期
基于双目立体视觉原理的柴油机气缸盖尺寸测量
谢夏琳谢正良”周道林”鲁祯”
（1.广西大学机械工程学院，广西南宁530004；2.玉柴工程研究院，广西南宁530012；
3.天津大学，天津300072）
摘要：为了检测荣油机气缸盖毛坏气道是否合格，采用1种基于机器视觉及人工神经网络技术的识别系统，在气缸盖毛坏进行机加工前就可测取其气道位置和几何尺寸。通过重建三维坐标和损合圆孔，计算气道圆孔的半径及圆心的相对位置。试验结果表明圆孔半径精度在0.25mm，圆心三维坐标精度为0.4mm时，能够满足气缸盖检测的精度要求。
关键词：双目立体视觉气缸盖检测三维重建
0引言
目前在铸造、机加工等生产过程中很难做到精确定位的加工，例如在发动机气缸盖制造的砂型、铸造及机械加工等环节，可能会因为定位的误差造成气道尺寸或位置的偏差，而发动机气道的尺寸直接影响发动机气缸内气体的流动和燃烧状况。当前进行气道稳流试验都是在机加工完成后进行的，如果此时气道参数不能满足要求，将直接影响发动机性能，造成材料及加工成本的损失。如果能在气缸盖铸造成型且尚未进人机加工生产线时就能测量出气道的形状、位置和尺寸，并确定气道参数，及时发现并剔出不合格的气缸盖，这对于加工生产将起到非常重要的作用，可以节约机加工成本，避免不合格产品流入下一道工序，同时将缺陷信息反馈给铸造工艺，使其对模具及铸造做出相应调整，实现闭环控制。但是由于内燃机气缸盖尺寸大、移动难，利用传统测量手段及设备很难对其进行高效率的全尺寸检测"}。综合考虑适用于工业生产诸多机器的视觉测量方法[2-6]，提出了基于双目立体视觉技术的气缸盖毛坏气道圆孔几何参数测量方案，通过计算气道圆孔的半径及圆心相对位置来鉴别气缸盖中气道的偏
差是否满足要求。 1测量原理
通过气缸盖端面的位置形状信息能推测出气道的尺寸及位置是否出现偏差，为了获取进气缸盖端面的位置形状信息，用2个电荷耦合器（CCD)摄像机并排连接构建双目测量系统。根据CCD摄像机所拍摄的2幅二维图像重建待测工件的三维儿何形
万方数据
状，并实现对关键线面的精确测量，然后将测量数据与标准模型进行比对得出合格与否的结论。
如果将CCD摄像机所拍摄到的图像还原为空间中实际的物体，那么CCD摄像机拍摄的图像与空间中的物体之间，存在1种线性关系：
［像]=M[物］
(1)
式中，矩阵M可看成是CCD摄像机成像的几何模型。M中的参数就是CCD摄像机参数，也称内参数。通常这些参数是要通过试验与计算得到的。这个求解参数的过程被称为CCD摄像机标定。标定的目的是为了获取由三维空间点（世界坐标系)到二维平面点（图像坐标系）的投影变换关系，为此将涉及CCD摄像机模型的内、外参数。完成标定后以矩阵形式存储在系统中用作由两维数据来恢复三维立体图像过程中的转换标度。采取的技术方案是，先分别获得到2个CCD摄像机的内、外参数及畸变参数，再通过同一世界坐标中的1组定标点来建立2 个CCD摄像机之间的位置关系。具体方法是将标靶（具有标准平面圆孔图案阵列，也可以采用标准平面黑白方块整列)置于世界坐标系中的已知位置，然后根据靶标角点（标靶方块图案交接点）与其在图像投影之间的映射关系计算出描述CCD摄像机光学特性和空间位置的各种参数。
特征信息提取是对2个CCD摄像机所拍摄二维图像的数字处理，主要基于边缘检测和形态学图像处理技术。由于立体视觉系统是基于视差原理实现的三维重建，所以为了计算视差需要将三维空间中测量关注特征点，在不同图像中的映像点对应起来进行匹配。为了提高在线状态的匹配速度，需要在离线状态下对2个CCD摄像机的空间几何结构