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基于图像检测技术的光纤插针内孔几何参数测量仪

发布时间:2016-11-17 阅读:0次

  光纤连接器是光纤通信系统中使用量最大的光无源器件,其核心部件是将两根光纤对中连接的插针。为了实现光信号在光纤连接器处的精确传输,应保证两根光纤严格对中。这就对插针内孑L的几何参数提出了严格的要求,如,内径要求与光纤直径吻合、内孔为圆形等。为了提高光纤插针的生产效率和产品质量,需要一种快速准确的测量系统来实现对这些参数的测量。目前,插针内径测试多采用人工判别法⋯ ,用各种不同的己知外径的标准钢针分别插入待测插针内孔,根据插入接触时的受力情况判断内径大小,但标准钢针大小不是连续的,只能按光纤插针的分级要求选取几个特定值的标准钢针,所以,从严格意义上讲,这种测试只是分档而不是测量。其次,标准钢针磨损大,消耗多,费用较高。对插针内孔不圆度的检验多采用图像剪切法 J,该方法借助光电成像系统、监视器,通过人机对话方式进行交互式半自动检测。本文介绍一种基于图像检测技术的非接触式光纤插针内孔几何参数测量仪,可以自动测量光纤插针内孔的几何参数,如,内径、不圆度等。该测量仪运算快速准确,且减少了人为误差,因而极大地提高了光纤插针内孔几何参数测量的精度和效率。

1 系统硬件组成
  1该测量仪基于图像检测技术,是集光、电、算一体化的综合测量系统。系统硬件主要由显微镜光源,高倍率变焦显微镜、CCD摄像头、图像采集卡和计算机等组成。为了达到较高的测量精度,选用了高倍率的变焦显微镜和高分辨率的CCD摄像头。所选用的图像采集卡的图像采集显示分辨率达到了l392×1 040,由于采用了PCI总线结构的图像采集卡,采集的图像可以实时在屏幕上显示,从而便于实时地调整采集图像的清晰度和位置。CCD摄像头摄取经高倍率变焦显微镜放大后的内孔图像,由图像采集卡将图像数据输入到计算机内存,经过图像预处理(灰度化、局部阈值处理、Canny边缘检测细化等),再采用参量式变形模板法 寻找内孔的最佳匹配圆来得到内孔圆的参数,最后,根据不圆度的定义 ,采用椭圆度来表示对于最佳匹配圆的偏差,利用最小二乘法,用椭圆方程拟合插针内孔边缘,计算出内孔的不圆度。

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2 系统测量算法的实现
2.1 基于参量式变形模板法的圆检测
  光纤插针的内孔是一个近似圆,所以,取该近似圆的最佳匹配圆的直径作为内孔内径。对该最佳匹配圆的检测没有采用传统的方法,如Hough变换法和曲线拟合法等,而是采用参量式变形模板法 对插针内孔进行精确的匹配计算,寻找其最佳匹配圆。参量式变形模板主要用于待检测目标先验形状己知,能用少量参量来表示的几何形状,其通常由一些解析函数确定,模板的形状可以随参量的变化而变化,而形状的变化确定在参量的一个合理分布中;其目标函数由内部能量和外部能量的加权组成,表征了一个变形模板与给定图像中待检测目标的匹配程度,也称能量函数。能量函数是参量式变形模板的最重要特征,可以根据待检测目标动态地调整参量实现能量函数的最大化或最小化,从而得到待检测目标的最佳匹配形状。圆的几何形状比较规则,只需要知道圆心O的坐标(X ,Y。)和半径r的大小就可以完全确定。在采用参量式变形模板圆 进行精确匹配的过程中,先采用“最小外接矩形法”估测内孔圆心坐标

  位置与内径大小,根据所得的估测数据缩小精确匹配的搜索范围,然后,通过搜索模板圆能量函数的极大值来确定最佳匹配圆的参数。该方法极大地减少了程序计算量,提高了检测效率。

  圆边缘上像素点的梯度方向应该与该点法线方向一致,即与半径的方向一致,因此,上述两者单位向量的数量积最大。再根据边缘上点的梯度值G(i√)应该在其其相应领域内最大,给出参量式变形模板圆的能量函数为

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