摘要：螺丝是机械装配中常用的标准紧固件，其头部直径、螺纹直径、螺纹长度、总长度及沉头角度等参数直接影响装配质量。针对传统接触式测量效率低、人工依赖强、数据难以追溯等问题，本文设计了一套基于计算机视觉的螺丝尺寸智能测量系统。系统通过图像预处理、目标分割、轮廓分析、特征提取、RANSAC直线拟合及像素—毫米标定，实现螺丝多项尺寸参数的自动测量与结果保存。
内容简介
螺丝作为机械装配与工业生产中使用最广泛的标准紧固件之一，其头部直径、螺纹直径、螺纹长度、总长度、沉头角度等尺寸参数直接影响装配可靠性和互换性。传统游标卡尺、千分尺等接触式检测方法虽然具有较高的单点测量精度，但在批量检测场景中存在效率有限、人工依赖强、操作一致性不足以及难以形成可追溯数字化结果等问题。针对上述问题，本文设计并实现了一套基于计算机视觉的螺丝尺寸智能测量系统，以普通二维图像为输入，通过图像预处理、目标分割、轮廓分析、特征定位、鲁棒直线拟合、像素—毫米标定及图形界面交互，完成螺丝多维几何参数的自动测量与结果保存。
系统采用分层模块化架构。数据采集层负责本地图像或相机图像输入，并通过高斯滤波、阈值分割和形态学处理提高目标与背景的可分离性；图像处理层利用最大连通分量、凸包及最小外接矩形实现螺丝目标提取与姿态校正；特征提取层基于轮廓宽度序列和Savitzky-Golay平滑定位头部、沉头过渡区与螺纹区域，并采用RANSAC对沉头斜面轮廓进行鲁棒直线拟合，以减小毛刺、磨损和局部反光产生的离群点对角度估计的影响；标定转换层采用分组多锚点思路，为不同类型尺寸配置相应比例系数，并将像素量转换为毫米量；应用层基于PyQt5构建三栏式图形界面，实现图像导入、JSON标定参数加载、测量执行、结果显示及文件输出。
结合系统输出的M5×12.6(long)样本进行验证，结果文件记录的头部直径、总长度、螺纹直径和螺纹长度相对误差分别为11.42%、5.04%、7.68%和5.83%，沉孔深度在当前样本上误差较大，表明二维普通USB相机条件下仍存在透视畸变、边缘模糊和局部标定不匹配等限制。实验现象说明，本文方法能够稳定完成螺丝轮廓分割、关键区域定位和多参数自动输出，但要进一步进入高精度工程测量场景，还需采用工业相机与远心镜头、完善相机几何标定、扩大多规格标定样本并建立重复性与不确定度评价体系。本文工作为低成本、可视化、可扩展的螺丝尺寸自动检测提供了完整的软件实现框架。
文档概述
文档信息
版本：初稿
页数：38页
字数：18365个字
格式：word（可编辑）
图表：8张图、9张表、14个公式
文档目录
第1章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3 现有方法存在的问题 3
1.4 本文主要研究内容与技术路线 3
1.5 论文组织结构 4
第2章 相关理论与关键技术 5
2.1 计算机视觉测量基础 5
2.2 图像预处理方法 5
2.3 螺丝目标分割与形态学处理 6
2.4 轮廓特征与Savitzky-Golay平滑 6
2.5 RANSAC鲁棒直线拟合 7
2.6 像素—毫米标定与误差评价 7
2.7 本章小结 8
第3章 螺丝尺寸测量系统总体设计 9
3.1 系统需求分析 9
3.2 系统总体架构设计 9
3.3 系统业务流程设计 10
3.4 数据组织与接口设计 11
3.5 测量参数设计 12
3.6 本章小结 13
第4章 螺丝尺寸测量关键算法与系统实现 14
4.1 图像预处理模块 14
4.2 螺丝分割与水平对齐 14
4.3 基于轮廓宽度分析的关键区域定位 15
4.4 基于RANSAC的沉头角度测量 16
4.5 分组多锚点标定与尺寸换算 17
4.6 螺丝类型判定与结果组织 17
4.7 PyQt5图形用户界面实现 18
4.8 结果保存与异常处理 19
4.9 本章小结 20
第5章 实验结果与系统分析 21
5.1 实验环境与样本说明 21
5.2 系统运行与可视化结果 21
5.3 M5×12.6(long)样本定量分析 23
5.4 误差来源分析 24
5.5 鲁棒性与工程适用性讨论 26
5.6 系统局限性与改进方案 26
5.7 本章小结 27
第6章 总结与展望 28
6.1 全文工作总结 28
6.2 主要特点与贡献 28
6.3 后续研究展望 29
参考文献 30
致谢 32
附录A 系统主要输出字段说明 33
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作者信息
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项目编号：IP-32-P
原创声明：本项目为原创作品
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