基于機(jī)器視覺檢測的軸類零件描述數(shù)據(jù)庫與識(shí)別技術(shù)研究

1、基于機(jī)器視覺檢測的軸類零件描述數(shù)據(jù)庫與識(shí)別技術(shù)研究 基戴中興指導(dǎo)教師姓名、職稱:企業(yè)導(dǎo)師姓名、職稱:專業(yè)或領(lǐng)域名稱:學(xué)生所屬學(xué)院:論文答辯日期:秈,詰目,./刪煳螋 :.,.,摘要摘要在機(jī)械零件加工制造過程中,零件的尺寸檢測是保證零件質(zhì)量的必不可少的重要環(huán)節(jié)。軸類零件的加工在機(jī)械加工中占有較大比重,其綜合形狀誤差精度不僅直接影響機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)性能、使用壽命,而且對減少能源消耗和環(huán)境污染等有重要影響。圖像檢測對保證零件產(chǎn)品的質(zhì)量有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),它能實(shí)現(xiàn)對加工零件在線快速準(zhǔn)確和無傷害的自動(dòng)化檢測,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集、分類、篩選、信息集成和分析,還可以大大提高生產(chǎn)效率、柔性和自動(dòng)化程度,對生產(chǎn)的過程控

2、制能力和產(chǎn)品質(zhì)量都有較大提高,同時(shí)還可以降低制造成本,提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。在國外視覺檢測產(chǎn)品價(jià)格居高不下,而目前國內(nèi)又缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軸類零件專用視覺檢測系統(tǒng)的情況下,使用機(jī)器視覺檢測替代人工檢測難以實(shí)現(xiàn)。本研究課題結(jié)合學(xué)科發(fā)展趨勢和實(shí)際應(yīng)用需求,在參考大量文獻(xiàn)和剖析工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,著眼于高速線陣軸類零件檢測系統(tǒng)的研發(fā)以及軸類零件描述與識(shí)別方法的研究,主要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的工作:使用并研究原有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn),總結(jié)并重新設(shè)計(jì)制造一臺(tái)適合工廠生產(chǎn)第一線使用的軸類零件尺寸視覺檢測系統(tǒng)。研究軸類零件邊緣圖像的特征提取與描述方法。開發(fā)軸類零件信息數(shù)據(jù)庫,存放樣本零件數(shù)據(jù)和檢

3、測結(jié)果數(shù)據(jù)。研究軸類零件快速識(shí)別與分類的方法。關(guān)鍵詞:線陣:軸類零件:描述:識(shí)別:數(shù)據(jù)庫廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,.,.,., . , .,. , ?, :, . ., .。.; ;: 廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文目錄摘 要?.?.?.?.?.錄?.?、.?.第一章緒論?.課題的背景.課題的意義.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與市場需求?.論文研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu).本章小結(jié).:。.計(jì)算機(jī).運(yùn)動(dòng)控制卡?.圖像采集卡?.線陣相機(jī)?.交流伺服器.硬件系統(tǒng)的研發(fā).控制信號?.光柵尺及采集同步信號?.抗干擾問題.硬件系統(tǒng)的調(diào)試?.本章小結(jié)?.?第三章軸類零件圖像邊緣特征提取?.數(shù)字圖像處理?.圖像預(yù)處理第四.軸類零件的特征描

4、述.課題中軸類零件特征描述的需求.現(xiàn)有機(jī)械零件描述方法介紹.中心串列碼特征描述方法?.直線邊緣的描述?.斜線邊緣的描述?.圓弧邊緣的描述?.軸類零件邊緣的組合描述.本章小結(jié).第五章軸類零件描述數(shù)據(jù)庫?。.數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法介紹?.課題中描述數(shù)據(jù)庫的需求分析.軸類零件描述數(shù)據(jù)庫的建立?.數(shù)據(jù)庫整體架構(gòu)?.主數(shù)據(jù)庫?.中心串列碼數(shù)據(jù)庫.邊緣圖像數(shù)據(jù)庫?.檢測項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫?.檢測記錄數(shù)據(jù)庫?.本章小結(jié).廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第六章軸類零件識(shí)別與分類.課題中軸類零件的識(shí)別、分類和特殊判斷需求分析.利用中心串列碼進(jìn)行識(shí)別?.簡易快速識(shí)別.細(xì)節(jié)識(shí)別?.特殊判斷?.本章小結(jié)?第七章實(shí)際項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫軟件設(shè)計(jì)?.功能

5、簡介與界面設(shè)計(jì)?.基礎(chǔ)功能簡介?.檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)?.功能改進(jìn)?.數(shù)據(jù)庫軟件主要功能的群代碼?一.本章小結(jié):?總結(jié)與展望?。參考文獻(xiàn)?。攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文?。獨(dú)創(chuàng)性聲明塹謝?.;?.?.?.?.?.?.?.。.?.?.?.?.?.?.匕. . .?.?.?.?.?.?.?.?. .?.?.?.?.廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.。.?.:;. ?.?.?:;.?.?.?.?:;.?.?. .?.?.?.?.?.?.:.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.;.?.?.?.;.?.?.?.;.?.?.:;.:;.;.:;.?.?.?.;.:;.?.?.?.?.;.:;.?

6、.?.?.;.:;.?.?.;.?.?.?.?.?.?.?.?. .?.?.?.?. .,.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?. .?.?.?.?.?. 拌?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.器,于判校準(zhǔn)測及制生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品品質(zhì)、采集產(chǎn)品資料等。產(chǎn)品的分類和選擇也集成于檢測功能中。.課題的意義機(jī)器視覺與計(jì)算機(jī)視覺即相似又有區(qū)別。研究計(jì)算機(jī)視覺就是讓計(jì)算機(jī)能像人類一樣看見東西,讓它更好的替代人來工作或者完成人類不能完成的工作,更好地為企業(yè)減少勞動(dòng)力,也更大地提高生產(chǎn)效率,同時(shí)也不斷在提高人們的生活質(zhì)量。研究機(jī)器視覺是為工業(yè)制造業(yè)提供更多有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量和提

7、高生產(chǎn)效率的支持【】。機(jī)器視覺即采用機(jī)器以代替人眼來做測量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品采集圖像,然后將該圖像傳送至處理單元,通過數(shù)字化處理,根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息,來進(jìn)行尺寸、形狀、顏色等的判別。進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動(dòng)作【】。機(jī)器視覺伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展,技術(shù)日臻成熟,已是現(xiàn)代加工制造業(yè)不可或缺的產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于食品和飲料、化妝品、制藥、建材和化工、金屬加工、電子制造、包裝、汽車制造等行業(yè)。機(jī)器視覺是個(gè)相對較新的技術(shù),它為制造工業(yè)在提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和操作安全性上提供了許多技術(shù)保障。機(jī)器視覺越來越受歡迎有這樣一個(gè)主要廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論

8、文原因:光學(xué)傳感所特有的清潔、安全性和通用性。用視覺可以完成其他傳感方法無法完成的感知任務(wù),比如識(shí)別污點(diǎn)、鐵銹或者表面腐蝕等。機(jī)器視覺包括圖像數(shù)字化、圖像操作和圖像分析,通常使用計(jì)算機(jī)來完成,它是一門包括有圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺的學(xué)科。盡管早在世紀(jì)年代用于工業(yè)監(jiān)測的視頻系統(tǒng)就已被使用,但工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)首次引起關(guān)注是在世紀(jì)年代中期。在整個(gè)世紀(jì)年代早期,機(jī)器視覺發(fā)展得很緩慢,主要是學(xué)術(shù)研究,很少引起工業(yè)興趣。到了世紀(jì)年代中期,美國汽車制造商對視覺系統(tǒng)的需求成為機(jī)器視覺應(yīng)用的強(qiáng)大推動(dòng)力。到了年代末期和年代早期,由于處理速度的大大提升,機(jī)器視覺系統(tǒng)引起了廣泛關(guān)注。在年代中期,隨著現(xiàn)代微型處理器技術(shù)的提

9、高,機(jī)器視覺技術(shù)學(xué)術(shù)研究加快,并開始了大范圍的應(yīng)用。在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)過程中,大約有%的工作需要采用機(jī)器視覺。圖像檢測對零件產(chǎn)品的質(zhì)量有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),它能實(shí)現(xiàn)對加工零件在線快速準(zhǔn)確和無傷害的自動(dòng)化檢測。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集、分類、篩選、信息集成和分析,還可以大大提高生產(chǎn)效率、柔性和自動(dòng)化程度,生產(chǎn)的過程控制能力和產(chǎn)品質(zhì)量都有較大提高,同時(shí)降低制造成本,提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。目前國內(nèi)許多制造業(yè)對零件產(chǎn)品的尺寸檢測而言,其檢測方法還停留在單純?nèi)斯ひ曈X或單純?nèi)斯ひ曈X與機(jī)械光學(xué)儀器相結(jié)合對產(chǎn)品進(jìn)行人工抽檢的階段。以國內(nèi)某汽車零部件生產(chǎn)商為例,存在以下問題:現(xiàn)行激光光學(xué)設(shè)備的檢測速度慢且設(shè)備購置費(fèi)用和維

10、護(hù)費(fèi)用高,要求的運(yùn)行環(huán)境苛刻,無法在生產(chǎn)線上使用。導(dǎo)致生產(chǎn)線上的在線檢測都使用人工接觸式測量使用游標(biāo)卡尺或千分尺。采用人工檢測,檢測結(jié)果的隨機(jī)性較大,測量結(jié)果受到人為主觀因素和客觀環(huán)境因素的影響,導(dǎo)致測量精度不高。手工接觸式測量只能進(jìn)行簡單的項(xiàng)目檢測,某些特殊項(xiàng)目的測量需使用專用設(shè)備進(jìn)行抽檢,對整批零件的質(zhì)量控制不完全,經(jīng)常出現(xiàn)未被檢測的零件出現(xiàn)質(zhì)量問題后,廠方需要對零件使用者進(jìn)行賠償。隨著技術(shù)的發(fā)展,設(shè)備的成本降低人工費(fèi)用增加,仍然由人工進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制,將難于實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效,而且還會(huì)增加生產(chǎn)成本。第一章緒論.國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與市場需求隨著光機(jī)電一體化技術(shù)及其系統(tǒng)的發(fā)展,檢測技術(shù)在國內(nèi)得到迅速發(fā)

11、展。其中德國在中國獨(dú)資企業(yè)西安愛德華,是中國第一家擁有全套自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的坐標(biāo)測量機(jī)制造商。它的系列二維光學(xué)測量機(jī)以先進(jìn)的精密光柵測量系統(tǒng)結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助誤差修正軟件,確保了測量的高精度。先進(jìn)的圖象處理及多樣化的自動(dòng)尋邊采點(diǎn)功能取代了目視瞄準(zhǔn)手工記數(shù)的傳統(tǒng)測量方式,極大的提高了工作效率,并從根本上消除了人為誤差。種不同的瞄準(zhǔn)方式給用戶提供了更多的選擇。編程及自學(xué)習(xí)編程功能令同一工件或同類工件的批量或重復(fù)測量更為簡單。該系列最大測量范圍為 ,最高測量精度為./。蘇州怡信推出的系列超高性能全自動(dòng)影像測量儀,是專為大批量重復(fù)檢查而設(shè)計(jì)。具有高速、高效能、操作簡易、功能強(qiáng)大的特點(diǎn),特別適用于要求高效率、快

12、速精確的大批量檢測,是繁忙的質(zhì)檢線上不可缺少的重要設(shè)備。其采用高精度級的花崗石結(jié)構(gòu)作為機(jī)身的支架,配合高精度工作臺(tái),確保機(jī)架穩(wěn)定可靠,測量精度高,三軸均采用業(yè)界公認(rèn)最高可靠性的日本松下伺服馬達(dá)系統(tǒng),所有運(yùn)行控制均由專用的高速 控制,確保最高可靠性的高速測量。其配套軟件具有學(xué)習(xí)功能,用戶只須以手動(dòng)方式將工件測量一次,整個(gè)測量過程便會(huì)記錄下來,作為以后重復(fù)自動(dòng)測量之用,免編寫任何測量程序。該系列最大測量范圍為 ,最高測量精度為/深圳思瑞的和.系列影像測量儀,采用高精密花崗巖底座和立柱,保證機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定性;底光和表面光均采用連續(xù)可調(diào)的冷光源,避免造成被測物體的熱變形;手搖式操作,可切換快速移動(dòng);測

13、量軟件界面友好,具有完善的自動(dòng)尋邊界去毛刺功能和自動(dòng)聚焦指示功能。兩個(gè)系列中最大測量范圍為×,最高測量精度為/。國外軸類零件自動(dòng)檢測設(shè)備多為發(fā)達(dá)國家所生產(chǎn),其中比較有代表性的如意系列測量系統(tǒng)能夠進(jìn)行各種零件的測量,如曲大利馬波斯公司,其柄,凸輪軸,傳動(dòng)軸,還可以測量氣門、齒輪和活塞等。設(shè)備安裝方便,可垂直或水平放置,豐富的測量項(xiàng)目:直徑,圓度,錐度,長度,寬度,槽及相關(guān)特性槽直徑,半徑,寬度,角度,倒角等。配套軟件操作簡單,編程方便。該系列廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文最大測量范圍徑向?yàn)?軸向?yàn)?最高測量精度為徑向小于或等于.,軸向小于或等于【】/。德國霍梅爾公司的系列萬能光學(xué)檢測儀為全自

14、動(dòng)回轉(zhuǎn)體零件光電輪廓掃描綜合測量儀,它將長度、直徑尺寸測量、圓度、形位公差測量和輪廓投影和為一體,適合于測量氣門、柱塞、活塞、活塞桿、針閥體、齒輪軸、法蘭盤、曲軸、凸輪軸、子軸、螺紋、絲桿等。該系列最大測量范圍為徑向、軸向,最高測量精度為徑向/ ,軸句】/ 】。瑞士公司的.系列軸類零件快速掃描測量儀,是集光、機(jī)、電子和計(jì)算機(jī)為一體的非接觸精密測量系統(tǒng),專門為回轉(zhuǎn)體軸類零件的檢測提供全面的測量方案。該系統(tǒng)配置了高集成度雙線性光電傳感器陣列,每個(gè)陣列由數(shù)千個(gè)光敏象素組成。當(dāng)工件被平行光照射,其影像投影在陣列上時(shí),光敏象素能細(xì)微的檢測到工件影像的邊緣變化并以電信號形式輸出,再通過細(xì)分內(nèi)插的機(jī)理,這種

15、邊緣變化的識(shí)別可達(dá)到小于一個(gè)光敏象素的水平。這些帶有被測工件尺寸和形狀特征的電信號由計(jì)算機(jī)采集,從而可以完成幾何尺寸和形位公差的精確分析和測量。該系列的最大測量范圍為徑向、軸向,最高測量精度為徑向.、軸向,.。由上述情況可知,我國光學(xué)影像測量系統(tǒng),都是使用面陣進(jìn)行二維成像的二次元影像測量系統(tǒng)。專用于軸類零件快速檢測的線陣掃描成像檢測系統(tǒng),都為國外公司的高端產(chǎn)品。該類測量儀器價(jià)格昂貴,無法在國內(nèi)大規(guī)模推廣使用。而我國機(jī)械制造業(yè)又急需該類型的影像測量儀器,用以提高檢測精度與速度,更好的控制產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。研究開發(fā)低成本、高精度、高效率的軸類零件尺寸檢測的光學(xué)影像測量儀,并應(yīng)用于生產(chǎn)第一線,

16、對于提高我國機(jī)械裝備制造業(yè)的技術(shù)水平、增加我國產(chǎn)品科技含量、提高我國機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品競爭力、建設(shè)低碳型社會(huì)有著很重要的意義。針對上述情況,本文基于線陣技術(shù),設(shè)計(jì)了一整套軸類零件光學(xué)影像測量系統(tǒng),能夠?qū)S類零件進(jìn)行在線、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、高速、高精度的尺寸檢測,并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行軸類零件的特征描述,零件的識(shí)別與分類,軸類零件信息數(shù)據(jù)庫的研究,并把研究成果運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中,創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。.論文研究內(nèi)容與論文結(jié)構(gòu)第一章緒論本課題的研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)出能夠在生產(chǎn)第一線實(shí)際使用的軸類零件尺寸檢測專用線陣影像檢測系統(tǒng)。并在該檢測系統(tǒng)上開展軸類零件自動(dòng)化檢測技術(shù)的深入研究,同時(shí)進(jìn)行軸類零件信息數(shù)據(jù)庫的研究

17、與構(gòu)建,完成軸類零件線陣影像測量系統(tǒng)的實(shí)用化任務(wù),本論文主要研究內(nèi)容如下:研究基于機(jī)器視覺的軸類零件高速影像檢測系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)平臺(tái)。研究軸類零件圖像邊緣特征提取及其描述方法。設(shè)計(jì)并構(gòu)建軸類零件信息數(shù)據(jù)庫。研究軸類零件自動(dòng)識(shí)別、分類及加工狀態(tài)判斷的方法。根據(jù)企業(yè)的實(shí)際需求,為其定制相應(yīng)的硬件與軟件系統(tǒng)。本論文各章節(jié)內(nèi)容安排如下:.第一章緒論介紹機(jī)器視覺的相關(guān)概念及其國內(nèi)外動(dòng)態(tài),給出本課題研究目的、意義和具體內(nèi)容。第二章檢測系統(tǒng)硬件平臺(tái)介紹整個(gè)硬件平臺(tái)的整體架構(gòu),所采用設(shè)備的詳細(xì)參數(shù),以及硬件安裝調(diào)試中的問題。第三章軸類零件圖像邊緣特征提取介紹各種邊緣提取的方法第四章軸類零件邊緣的特征描述介紹軸類

18、零件各種邊緣的描述方法及整個(gè)零件的描述方法。第五章軸類零件描述數(shù)據(jù)庫主要介紹所研發(fā)的軸類零件描述數(shù)據(jù)庫,以及各種子數(shù)據(jù)庫。第六章軸類零件識(shí)別與分類提出通過軸類零件信息數(shù)據(jù)來進(jìn)行軸類零件識(shí)別與分類的方法及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)。第七章實(shí)際項(xiàng)目軟件設(shè)計(jì)介紹結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目的軟件設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)功能及改進(jìn)設(shè)想。.本章小結(jié)在本章中,首先介紹了機(jī)器視覺的一些相關(guān)內(nèi)容和視覺檢測的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和市場的需求情況,引出本課題的研究內(nèi)容和論文的結(jié)構(gòu)。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章檢測系統(tǒng)硬件平臺(tái)為了進(jìn)行本課題的研究,研發(fā)了一套基于線陣掃描的視覺檢測系統(tǒng)。本章節(jié)將介紹檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和研發(fā)過程的各種問題。.課題相關(guān)硬件簡介檢測系統(tǒng)硬

19、件的邏輯框圖如圖.所示:系統(tǒng)圖.檢測系統(tǒng)邏輯框圖.? 檢測系統(tǒng)分為兩個(gè)主要部分,計(jì)算機(jī)和檢測平臺(tái)。計(jì)算機(jī)為檢測系統(tǒng)的指揮和處理中心,軟件系統(tǒng)的寄主,同時(shí)安裝有運(yùn)動(dòng)控制卡和高速圖像采集卡。檢測第二章檢測系統(tǒng)硬件平臺(tái)平臺(tái)為一個(gè)光學(xué)機(jī)械電子組合的復(fù)雜控制與執(zhí)行系統(tǒng),其中包括有:電源部分,電動(dòng)位移臺(tái),線陣攝像機(jī)、光源和伺服驅(qū)動(dòng)器。下面詳細(xì)介紹幾個(gè)重要部件的具體情況:.計(jì)算機(jī)算機(jī)。.運(yùn)動(dòng)控制卡采用了總線的軸運(yùn)動(dòng)控制卡?；诳偩€、以為核心的性能優(yōu)越、功能強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制卡,它可控制兩軸步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī),特別適合于兩軸點(diǎn)位控制、編碼器位置檢測等復(fù)雜功能的應(yīng)用?？▋?nèi)有硬件直線插補(bǔ)處理器,兩軸直線插補(bǔ)由硬

20、件完成;控制卡具備運(yùn)動(dòng)前瞻功能,配置了插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)參數(shù)及命令預(yù)置寄存器,機(jī)上的應(yīng)用軟件將一系列運(yùn)動(dòng)參數(shù)寫入預(yù)置寄存器;待當(dāng)前運(yùn)動(dòng)執(zhí)行完畢后,硬件插補(bǔ)處理器立即自動(dòng)裝載預(yù)置寄存器中的運(yùn)動(dòng)參數(shù),并執(zhí)行該運(yùn)動(dòng)命令。因此,當(dāng)執(zhí)行多段連續(xù)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí),具有插補(bǔ)速度快、銜接平滑的優(yōu)點(diǎn)。該運(yùn)動(dòng)控制卡可接受多個(gè)編碼器信號,并提供位置鎖存函數(shù)。當(dāng)鎖存信號被觸發(fā),編碼器當(dāng)前位置就立即被捕獲。捕獲當(dāng)前位置信號過程由硬件高速完成。該功能用于位置測量十分準(zhǔn)確、方便。該運(yùn)動(dòng)控制卡還具有許多其它高級功能,如:在電機(jī)運(yùn)動(dòng)過程中,程序可以根據(jù)不同的條件修改該運(yùn)動(dòng)過程的速度和目標(biāo)位置;可以設(shè)置不同加速度、減速度的梯形、形速度曲線。其主

21、要技術(shù)參數(shù):性能:控制軸數(shù):兩軸.內(nèi)部參考時(shí)鐘:?控制電機(jī)的命令脈沖指標(biāo):廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.速度:精度:±.%.起始速度:一.運(yùn)行速度:位置設(shè)置范圍: , , ,位減速點(diǎn)設(shè)置范圍:,位?直線插補(bǔ)精度:±.?軸圓弧插補(bǔ)精度:±.?外部手輪輸入脈沖?編碼器輸入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)范圍:.,位編碼器輸入最大輸入頻率:/信號:通用數(shù)字輸出口:個(gè)?通用數(shù)字輸入口:個(gè)全部輸入輸出信號隔離命令脈沖輸出:和通用數(shù)字輸出:通用數(shù)字輸入:增量編碼器信號輸入:和?編碼器索引信號輸入:?機(jī)械限位,開關(guān)信號輸入:/.,、?伺服電機(jī)接口輸入:,、?手動(dòng)脈沖輸入:和通用指標(biāo):工作溫度:貯存溫度:

22、.濕度: %,非結(jié)露電源:插槽電源輸入:%,最大第二章檢測系統(tǒng)硬件平臺(tái)外部電源輸入:%,最大尺寸:. .圖像采集卡該通用型圖像采集卡采用接口,既能同時(shí)從兩個(gè)獨(dú)立的相機(jī)獲取圖像,也能通過 電纜連接單臺(tái)相機(jī),以高達(dá)/的速率接收圖像。能夠同時(shí)連接兩臺(tái)面陣或線陣相機(jī),或是一臺(tái)面陣和一臺(tái)線陣相機(jī)。卡上帶有芯片能實(shí)現(xiàn)板上處理,包括有拜耳校正和實(shí)時(shí)陰影校正。能夠靈活應(yīng)用于各種系統(tǒng),并具有很好的可靠性。其主要技術(shù)參數(shù):板卡:一/?接口,具有半長工作能力,和.:作電壓采集:支持雙接口獨(dú)立工作或聯(lián)合工作,同時(shí)支持面陣和線陣相機(jī),采集時(shí)鐘頻率高達(dá)刪分辨率:水平分辨率 最、,最大垂直分辨率 最小行,最大無限行線陣最小

23、行,最大×行面陣板載高速緩存像素格式:支持,和的黑白,和拜爾相機(jī)數(shù)據(jù)格式傳輸:具有直接傳送數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)內(nèi)存的能力:一 :?控制:全面的采集控制包括,起?？刂?幀控制和傳輸控制兩個(gè)可編程正負(fù)邏輯的/觸發(fā)輸入接口兩個(gè)獨(dú)立串口通信接口附加:通用輸入輸出接口提供個(gè)輸入接口和個(gè)電平輸出接口電源輸出:/ .直流輸出?軟件:兼容 和廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文. .兼容/系統(tǒng)內(nèi)存外形:.” .”.溫度:。.線陣相機(jī)采用點(diǎn)距為的線陣相機(jī)。它能夠很好的在一個(gè)寬范圍的分辨率下工作。具有 接口,支持或的的工作格式,達(dá)的總帶寬,感光性能好,只需要較少的光照就能工作。段相互錯(cuò)位的感光模塊能夠提供從到的分辨率。該線

24、陣相機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,并且容易安裝,采用高速的串行接口。很高的感光度并且噪聲小,具有嵌入式的平場校正算法,可編程的增益和偏移。并且有自動(dòng)故障檢測排除功能。其感光特性如圖.所示:其主要技術(shù)參數(shù):分辨率:/數(shù)據(jù)帶寬:?最大線/幀刷新率:/?像元大小:?數(shù)據(jù)格式:,輸出: 鏡頭卡口: .,卡口?響應(yīng)度:/動(dòng)態(tài)范圍:標(biāo)準(zhǔn)增益范圍:到.外形尺寸:./工作溫度: 到 工作電壓:到 . ?.交流伺服器采用日本松下公司的交流伺服驅(qū)動(dòng)器。該系列的交流伺服驅(qū)動(dòng)器,能夠針對不同的負(fù)載自動(dòng)調(diào)整增益,自動(dòng)適應(yīng)機(jī)械剛性,并支持垂直軸的負(fù)載驅(qū)動(dòng),還具有過載和過程保護(hù)功能;能夠高速運(yùn)行,并且有極高的響應(yīng)速度,最高可達(dá),并帶有自動(dòng)消

25、除機(jī)械抖動(dòng)功能;直接使用驅(qū)動(dòng)器前面板就能進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,并自帶試驗(yàn)運(yùn)行功能;內(nèi)建減速電阻,在非大負(fù)載應(yīng)用時(shí)無需外接減速電阻,并有多種控制方式可選。.硬件系統(tǒng)的研發(fā)檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖.所示:廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文計(jì)算機(jī).一圖檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖.本檢測系統(tǒng)采用光源與線陣相機(jī)固定,被測量零件做水平移動(dòng)的方案來進(jìn)行圖像采集。為保證圖像采集的質(zhì)量,被測零件的軸心線應(yīng)與光學(xué)采集系統(tǒng)的焦點(diǎn)平面重合,并與線陣垂直。因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多種夾具用于適應(yīng)不示:圖自動(dòng)定位夾具. 圖?中為四個(gè)滾珠軸承,分兩組安裝在支架上,形成兩個(gè)型的凹槽起到支撐氣門的作用,并使氣門軸心線自動(dòng)與焦點(diǎn)平面重合且與相垂直,氣門能在滾珠軸承上

26、自由滾動(dòng)。為減速電機(jī)與壓輪組,電機(jī)輸出軸向與氣門軸心第二章檢測系統(tǒng)硬件平臺(tái)氣門桿上,并向一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)就能帶動(dòng)氣門一并轉(zhuǎn)動(dòng),迫使氣門向圖?中的頂針標(biāo)號移動(dòng),通過頂針限制移動(dòng)的范圍。頂針位置設(shè)計(jì)為上下可調(diào)用以適應(yīng)不同桿徑的氣門。圖.中的光柵尺與運(yùn)動(dòng)控制卡相連提供位置信息,與圖像采集卡相連提供圖像采集時(shí)的同步掃描信號。交流伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī),并通過絲桿帶動(dòng)夾具的移動(dòng)。由于光柵尺測量的是絕對位置,保證了整個(gè)位移平臺(tái)的定位精度,在絲桿出現(xiàn)磨損時(shí)仍然能夠保證定位的精度。解決了使用步進(jìn)電機(jī)配合編碼盤的幾個(gè)缺點(diǎn):大行程累積誤差大;絲桿磨損造成定位偏移;進(jìn)程與退程定位不相同等問題。.控制信號系統(tǒng)中控制信號包

27、括交流伺服驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制卡之間的控制信號,位移平臺(tái)的限位輸出信號。運(yùn)動(dòng)控制卡與交流伺服驅(qū)動(dòng)器間的連線圖如圖.所示:根據(jù)伺服控制器位置控制模式的連線要求,給出以上連線方式。運(yùn)動(dòng)控制卡第一軸的脈沖輸出,.與伺服器的,引腳相連,發(fā)送位移的差分脈沖,.與,引腳相連,發(fā)送差分形式的位移方向信號。為保證脈沖信號的完整性,必須采用帶有金屬屏蔽層的差分通信電纜連接,并把屏蔽層與兩者的外殼相連。到為伺服器使能信號,.到為伺服器準(zhǔn)備完信號。兩者的外部電源端和,和一需要相連接,并接上電源地相連,如圖.所示。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文運(yùn)動(dòng)控制卡伺服器圖.運(yùn)動(dòng)控制卡與伺服器連線圖.? .光柵尺及采集同步信號傳統(tǒng)線陣采集

28、系統(tǒng)中使用開環(huán)控制方式,由計(jì)算機(jī)向相機(jī)與步進(jìn)電機(jī)發(fā)送內(nèi)同步信號進(jìn)行掃描。由于步進(jìn)電機(jī)本身的缺點(diǎn):啟動(dòng)力矩小;高速啟動(dòng)失步嚴(yán)重;大負(fù)載高速運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。造成高速位移定位精度差,且計(jì)算機(jī)需要通過定時(shí)的方式發(fā)送同步信號,嚴(yán)重占用計(jì)算時(shí)間,因此只能用于不需要對零件進(jìn)行軸向測量或測量精度不高的低速掃描應(yīng)用中,無法適應(yīng)流水生產(chǎn)線的高速要求。就此本課題的采集系統(tǒng)采用閉環(huán)控制方式,由位移平臺(tái)與光柵尺、運(yùn)動(dòng)控制卡、交流伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器、圖像采集卡與線陣相機(jī)構(gòu)成整個(gè)閉環(huán)采集系統(tǒng)。在不需要計(jì)算機(jī)的管理下,就能自動(dòng)完成同步采集,并把采集到的圖像保存到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中等待處理。整個(gè)閉環(huán)控制流程如圖所示:采集過程由計(jì)算機(jī)發(fā)起

29、,向運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送位移指令,運(yùn)動(dòng)控制卡控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)并帶動(dòng)位移平臺(tái)與光柵尺讀數(shù)頭;光柵尺每移動(dòng)一個(gè)刻度的距離就發(fā)出一個(gè)方波信號,光柵尺的信號一分為二,一路送到運(yùn)動(dòng)控制卡中用于位置計(jì)數(shù),另一路送到圖像采集卡用以觸發(fā)線陣采集圖像。三者間的連線如圖.所示:第二章檢測系統(tǒng)硬件平臺(tái)園個(gè)囡 圜圖閉環(huán)控制流程圖. 刪圖?光柵尺信號.?光柵尺有三相電平輸出信號,相和相為位移脈沖輸出,相為原點(diǎn)信號。運(yùn)動(dòng)控制卡需要連接全部的三相信號,而其輸入端為差分,當(dāng)接入為電平信號時(shí)只需接入每相的正端,負(fù)端懸空即可。圖像采集卡只需要兩相位移信號,其輸入端為差分輸入,在接入電平信號時(shí)需要在每相的負(fù)端接大約的正廣東工業(yè)大學(xué)碩士

30、學(xué)位論文電平,用以模擬差分信號,如圖.所示。的電平模擬差分信號方法是,當(dāng)正端電平為,負(fù)端電平為,輯負(fù)。.抗干擾問題經(jīng)過實(shí)驗(yàn),檢測系統(tǒng)主要受到來自電源的波動(dòng)干擾和廠房中其他電氣設(shè)備造成的電磁干擾影響。加上交流伺服器與電機(jī)的運(yùn)作也會(huì)對整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。因此需要將交流伺服驅(qū)動(dòng)器的電源與光柵尺的電源分開,各自使用獨(dú)立的電源。在交流端需要串接濾波器,保險(xiǎn)絲以及漏電開關(guān),用以濾除電網(wǎng)上由其他用電設(shè)備造成的波紋噪聲和電壓波動(dòng);并起到保護(hù)設(shè)備和人員的作用。為保證光柵尺的可靠運(yùn)作,需要選用輸出負(fù)載能力較大的直流電源,以保證輸出波形不會(huì)因?yàn)殡娫吹膲航刀儆?。并且光柵尺、運(yùn)動(dòng)控制卡和圖像采集卡一定要可靠的共地,并

31、且之間的連線都需要使用帶屏蔽層的線纜以消除電磁干擾的影響。如果三者沒有共地,則采集到的圖像將會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)的干擾條紋。整個(gè)檢測系統(tǒng)需要安裝在堅(jiān)固的金屬機(jī)架上,并把所有設(shè)備與機(jī)架都可靠的進(jìn)行接地處理。在機(jī)架與地面間需要使用減震膠,以消除其它機(jī)械設(shè)備的震動(dòng)影響。.硬件系統(tǒng)的調(diào)試在安裝好檢測系統(tǒng)硬件后,需要進(jìn)行如下步驟的調(diào)試:一、使用伺服器自帶的試車功能,以較慢的運(yùn)行轉(zhuǎn)速進(jìn)行試車。測試限位功能是否能正常工作,能否起到限位保護(hù)作用。并測試平臺(tái)在整個(gè)行程范圍內(nèi),是否可以平穩(wěn)運(yùn)行。二、通過示波器查看光柵尺的輸出波形,并確認(rèn)原點(diǎn)有輸出時(shí)平臺(tái)的位置。三、使用運(yùn)動(dòng)控制卡自帶的調(diào)試程序,測試各/的輸出和輸入功能。并把

32、光柵尺信號接入運(yùn)動(dòng)控制卡,使用伺服器的試車功能驅(qū)動(dòng)平臺(tái),確認(rèn)是否可以正確讀取光柵尺脈沖。四、將各種控制線連接,使用運(yùn)動(dòng)控制卡的調(diào)試程序,以較慢的速度給伺服第二章檢測系統(tǒng)硬件平臺(tái)器發(fā)送位移脈沖指令,確認(rèn)平臺(tái)可以正常運(yùn)作。五、將光柵尺信號接入圖像采集卡,使用不同速度進(jìn)行圖像采集,若得到的圖像相同,則確定相機(jī)可以與位移平臺(tái)同步。完成以上步驟則可以確定位移平臺(tái)能夠正常運(yùn)行和采集圖像。.本章小結(jié)本章介紹了課題中檢測系統(tǒng)的硬件平臺(tái)和所使用的相關(guān)硬件,包括有:計(jì)算機(jī),運(yùn)動(dòng)控制卡,圖像采集卡,線陣相機(jī)和交流伺服器等。并闡述了硬件系統(tǒng)研發(fā)的過程及需要解決的問題,最后給出了硬件調(diào)試的注意事項(xiàng)。廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位

33、論文第三章軸類零件圖像邊緣特征提取課題中為進(jìn)行軸類零件的描述方法的研究,在使用上一章節(jié)中介紹的硬件平臺(tái)采集到圖像后,需要先對采集到的數(shù)字圖像進(jìn)行處理,以得到軸類零件的外形特征信息。本章主要介紹了數(shù)字圖像處理的各種方法,及軸類零件圖像邊緣的識(shí)別與提取原理。.數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理 又稱為計(jì)算機(jī)圖像處理,它是指將模擬的圖像經(jīng)過數(shù)字設(shè)備采集或轉(zhuǎn)換成數(shù)字存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中,并利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)行處理的過程。世紀(jì)年代隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展,人們開始利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像和圖像信息的處理,由此形成了早期的數(shù)字圖像處理。到世紀(jì)年代,數(shù)字圖像處理成為一門新興學(xué)科。圖像處理有以下幾個(gè)方面:圖像增強(qiáng)和還原

34、為了提高圖像的質(zhì)量和增加人眼的觀感,需要對圖像進(jìn)行增強(qiáng)或還原,如除去圖像中的噪聲,提高圖像的清晰度。對于感興趣的區(qū)域和特征進(jìn)行突出,可以把圖像中的細(xì)節(jié)顯示出來,還原出圖像中不明顯的信息。圖像編碼壓縮為了降低圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和存儲(chǔ)這些圖像所需要占用的空間,方便圖像的傳輸,需要對圖形進(jìn)行編碼壓縮。壓縮可以為非失真或失真壓縮。編碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法,發(fā)展較早也比較成熟。圖像變換由于圖像陣列很大,在空間域中進(jìn)行處理,計(jì)算量大。為提高運(yùn)算效率,可以采用圖像變換的方法,如傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù),將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域的處理,除了可以減少運(yùn)算量,還可以使用更高效的計(jì)算機(jī)

35、指令。圖像分割第三章軸類零件圖像邊緣特征提取圖像分割是圖像處理的關(guān)鍵技術(shù)。即把圖像中有意義的特征區(qū)域提取出來,剔除那些無用的區(qū)域,這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識(shí)別、分析和理解的基礎(chǔ)。圖像描述為對圖像進(jìn)行識(shí)別和理解,必須先對圖像的特征進(jìn)行必要的描述。對于簡單的幾何圖形圖像,可以使用幾何特征來描述。對于具有特殊紋理的圖像,可以采用二維紋理特征描述。三維物體的特征描述正在成為一個(gè)熱門研究的課題,許多針對三維情況的新特征描述方法被提出來。圖像分類識(shí)別圖像分類屬于模式識(shí)別的范疇,主要研究在圖像經(jīng)預(yù)處理后,對圖像進(jìn)行分割提取特征,識(shí)別圖像的類型或種類。圖像分類通常使用經(jīng)典的模式識(shí)別方法,而近年來模糊模式識(shí)別和人工神

36、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式分類成為圖像識(shí)別中的重點(diǎn)研究對象【。.圖像預(yù)處理對于數(shù)字圖像處理,整個(gè)處理過程可分為個(gè)階段。首先對采集到的原始圖像進(jìn)行預(yù)處理;其次對圖像進(jìn)行特征提取處理;最后進(jìn)行圖像內(nèi)容的識(shí)別。因此圖像的預(yù)處理是第一步也是比較重要的一步,為了后續(xù)處理的需要,在預(yù)處理過程中需要保留圖像的各種有用的特征信息【。通過數(shù)字相機(jī)采集的原始圖像,除了記錄有對后續(xù)處理有用的重要信息外,還包含有大量無關(guān)信息,例如各種噪聲,光學(xué)鏡頭衍射產(chǎn)生的虛邊,無用的背景等。圖像的預(yù)處理主要解決圖像的濾波、增強(qiáng)、銳化等的一系列問題,目的就是去除上述提到的各種無關(guān)信息,是迸一步提取圖像特征和識(shí)別的基礎(chǔ)。預(yù)處理的過程實(shí)際上就是降低圖像

37、記載的信息量的過程,因此,預(yù)處理的過程必定會(huì)降低圖像的質(zhì)量。但是,預(yù)處理是非常有價(jià)值的,一套合理的預(yù)處理方案,能夠補(bǔ)償圖像存在的缺陷,弱化系統(tǒng)偶然誤差的影響,也有助于抑制與特殊的圖像處理和分析任務(wù)無關(guān)的信息,目的是為了簡化提煉圖像的數(shù)據(jù),過濾那些無用或影響后續(xù)處理的圖像特征,使之對后續(xù)操作更加有利,并令后續(xù)處理更為簡掣。課題中為保留最大的可用信息量,只需要對原始圖像進(jìn)行的操作有:二值化廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文處理并去除噪點(diǎn),把灰度圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槎祱D像;提取軸類零件圖像的邊緣,并對邊緣做單邊緣處理;提取出圖像上的角點(diǎn)信息。以下為這三步處理的方法分析。.圖像的二值化方法分析在本課題中需要將軸類零件的

38、圖像區(qū)域與背景區(qū)分出來,便于進(jìn)行下一步的邊緣提取處理。因此就需要對原始的圖像進(jìn)行二值化處理,即把我們所感興趣的圖像區(qū)域區(qū)分出來。針對檢測系統(tǒng)中采集到的圖像為灰度圖像,通常選取一個(gè)灰度閡值,取原始圖像中灰度小于丁的像素集合為對象,大于丁的像素集合為背景區(qū)域。設(shè)原始圖像函數(shù)為訛,二值化后的圖像函數(shù)為似,。則:.?,毛,三 ;耋;三;通常將圖像二值化分割,是基于灰度直方圖的閾值化方法【】【】【】和基于區(qū)域增長法兩大類。而閾值法因其原理簡單,算法容易實(shí)現(xiàn),穩(wěn)定性好在圖像分割中應(yīng)用最為常用。多種閾值的選定方法【】【。根據(jù)應(yīng)用范圍分類有全局閾值法、局部閾值法和動(dòng)態(tài)閾值法等。全局閾值使用單一閾值應(yīng)用于整幅圖

39、像的處理,即全幅圖像使用一個(gè)閾值,算法簡單高效,但受噪聲影響大,在目標(biāo)與背景灰度差較大時(shí)效果比較好。局部閾值法把圖像劃分為多個(gè)區(qū)域,每一個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)二值化的閾值,在區(qū)域中使用這個(gè)閾值對每一點(diǎn)像素點(diǎn)進(jìn)行二值化處理。局部閾值法的時(shí)間和空間復(fù)雜度都較大,但其抗噪聲能力強(qiáng),對于各種光照不均產(chǎn)生的局部灰度值變化有很好的適應(yīng)能力。動(dòng)態(tài)閾值法的閾值確定不僅與像素及其周圍像素的灰度相關(guān),還與像素的位置有關(guān)。對于圖像質(zhì)量較好且目標(biāo)較為簡單的圖像,通常使用全局閾值法,而局部閾值法則用于較為復(fù)雜的圖像【 。本課題中由于采用的是數(shù)字式線陣相機(jī),和穩(wěn)定的光源。因此在在硬件設(shè)定參數(shù)不變的情況下,所采集到的圖像一致性非常

40、的好。為保證較高的處理速度和較少的計(jì)算機(jī)資源占用,固采用全局固定閾值的方法來進(jìn)行二值化處理。為達(dá)到較好的效果,在設(shè)定好全部的硬件參數(shù)后,通過人工參與的方法選定一個(gè)合適的全局閾值,并保存在處理程序中。檢測系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)保持不變時(shí),則第三章軸類零件圖像邊緣特征提取不再需要進(jìn)行閾值的調(diào)整。.圖像邊緣與角點(diǎn)提取方法分析本課題中將采用的邊緣和角點(diǎn)提取方法將使用改進(jìn)的算法,為同一課題項(xiàng)目組成員葉伯洪的研究成果。其能在角點(diǎn)提取的同時(shí),把圖像的邊緣也提取出來。算法【即由牛津大學(xué)的.和.首先提出。其原理是使用一個(gè)圓形的模板在圖像上滑動(dòng),將圓形模板的中心像素定義為核與同一模板內(nèi)其他像素的灰度值進(jìn)行比較,當(dāng)差值的絕對值小于某一設(shè)定閾值時(shí),認(rèn)為該像素與中心像素有相同或近似的灰度值,定義這些像素組成的區(qū)域?yàn)楹酥迪嗨茀^(qū),。當(dāng)模板處于目標(biāo)邊緣時(shí)這個(gè)區(qū)域的大小將會(huì)隨圖像的邊緣形狀改變而改變。當(dāng)圓形模板處于圖像背景或圖像內(nèi)部時(shí),區(qū)域的面積最大;當(dāng)模板處于圖像直線型邊緣時(shí),區(qū)域的面積小于或者等于模板面積的/;當(dāng)模板處于圖像的角點(diǎn)時(shí),區(qū)域的面積小于/。這就是判斷角點(diǎn)的依據(jù)。定義區(qū)域的判別函數(shù)如下:.時(shí),隊(duì)小地籽其中是模板的核像素,是模板內(nèi)除核之外的某一像素,和分別為兩者的灰度值,是灰度差的門限值。圖像中某像素對應(yīng)的區(qū)域大小可以表示為:.,.,。代表以像素。為核的圓形模板對應(yīng)的