機(jī)電檢測課設(shè)說明書

1、機(jī)電產(chǎn)品檢測 綜合設(shè)計(jì)說明書題 目：基于機(jī)器視覺的軸承外圈直徑測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 目 錄一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案說明 .31方案說明3二、硬件設(shè)計(jì).4 2.1元件選型4傳感器選擇及原理說明.4變送器選擇及原理說明.4數(shù)據(jù)采集卡選擇及原理說明 6 2.2 硬件設(shè)計(jì)及分析.9三、軟件設(shè)計(jì).10 3.1功能模塊設(shè)計(jì).10數(shù)據(jù)采集模塊.10數(shù)據(jù)處理模塊.10系統(tǒng)標(biāo)定.11門限報(bào)警.11數(shù)據(jù)輸出模塊.12 3.2關(guān)鍵代碼分析.12四、設(shè)計(jì)結(jié)果.134.1系統(tǒng)相片134.2程序框圖.134.3人機(jī)界面134.4采集結(jié)果14五、設(shè)計(jì)體會.15 參考資料

2、.16一、 基于機(jī)器視覺的軸承外圈直徑測量系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)1.1 檢測要求選擇合適的相機(jī)、光源拍攝軸承的圖像，用VC、LabVIEW或Matlab軟件等開發(fā)工具編寫一個(gè)測試軟件，實(shí)現(xiàn)對軸承外圈直徑的測量。1.2 檢測總體方案FC-IE工業(yè)相機(jī)拍照軸承標(biāo)準(zhǔn)量塊將圖片導(dǎo)入VISION進(jìn)行處理生成VI程序軟件設(shè)計(jì)人機(jī)界面顯示測量結(jié)果圖1. 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)示意圖1.3 檢測原理說FC-IE工業(yè)相機(jī)搭載高端CMOS芯片，其高分辨率可以滿足工業(yè)場合對圖像質(zhì)量的苛求。本系統(tǒng)檢測原理是通過利用FC-IE相機(jī)采集水平擺放的同時(shí)有標(biāo)準(zhǔn)量塊和軸承的24位RGB圖像，然后將效果較好的圖像導(dǎo)入LabVIEW視覺助

3、手Vision進(jìn)行一系列的圖像處理直到達(dá)到可以測量的地步，利用Vision自帶的工具生成VI程序，再在LabVIEW中對得到的VI程序進(jìn)行進(jìn)一步的編輯、修改和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面顯示測量結(jié)果。 其中，Vision有強(qiáng)大的圖像處理功能，不僅可以對圖像進(jìn)行一般的處理，還可以對圖像中的物體尺寸進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)，從而實(shí)時(shí)顯示測量的真實(shí)值。處理好圖像，Vision還可以自動生成LabVIEW的VI程序。二、 檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 元件選型軸承和量塊選用型號如右圖所示FC-IE工業(yè)相機(jī)如左圖所示光源如右圖所示附：FC-IE 工業(yè)相機(jī)功能描述：FC-IE 工業(yè)相機(jī)是專門針對需要卓越圖像質(zhì)量，可抓拍運(yùn)動物體，高

4、分辨率和高速圖像輸出的應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)的。我們選用了高端 CMOS 芯片，信噪比大于 60dB，可以滿足工業(yè)場合對圖像質(zhì)量的苛求。相機(jī)提供全幀快門，不需機(jī)械快門即可抓拍運(yùn)動圖像，且圖像不會變形。IE 系列相機(jī)的分辨率和幀頻比傳統(tǒng)模擬相機(jī)高幾倍的，同時(shí)還具有 ROI 功能，在不需要很高的分辨率的場合，幀頻可以在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高。 FC-IE 工業(yè)相機(jī)可以應(yīng)用在半導(dǎo)體檢測，印制板檢測，印刷質(zhì)量檢測，食品飲料檢測，工件尺寸測量，電子目鏡和醫(yī)療影像，高速道路監(jiān)控等領(lǐng)域。 FC-IE 工業(yè)相機(jī)性能描述： 具備全幀快門，無需機(jī)械快門即可抓拍高速運(yùn)動物體 具有外同步功能，可以工作在外觸發(fā)模式，使攝像與運(yùn)動

5、物體同步 高速輸出，IE130 在 1280×1024 分辨率下幀頻高達(dá) 28 幀/s，IE036 在 752×480 分辨率下幀頻高達(dá) 60 幀/s 高分辨率，IE036 分辨率高達(dá) 40 萬, IE130 像素?cái)?shù)高達(dá) 130 萬，比傳統(tǒng)隔行掃描模擬相機(jī) 768×288 的分辨率高數(shù)倍 具有 ROI 功能，可以輸出小于最高分辨率的任意尺寸圖像，且?guī)l隨分辨率下降線性提高 數(shù)字輸出，無需板卡，低成本解決方案 高達(dá) 60dB 的信噪比，圖像質(zhì)量卓越，可以滿足對圖像質(zhì)量要求苛刻的場合 集成了壞點(diǎn)校準(zhǔn)算法 具有 FPN 偏置不一致性校準(zhǔn)算法 使用高級插值算法，避免出現(xiàn)柵

6、欄彩紋現(xiàn)象（僅彩色相機(jī)中具有） 集成色彩校準(zhǔn)算法（僅彩色相機(jī)中具有） 支持中英文 Win98、Win 2000、WinXP 操作系統(tǒng) 提供支持 VC，VB ，BC，DELPHI 的 SDK，方便用戶做二次開發(fā) 可針對用戶特殊需求定制2.2 典型機(jī)器視覺系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)1光源，分為前光源和背光源等；2光學(xué)鏡頭，完成光學(xué)聚焦或放大功能；3攝像機(jī)，分為模擬攝像機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，智能相機(jī)包括3、4、5；4圖像采集卡，完成幀格式圖像采集及數(shù)字化；5圖像處理系統(tǒng)，PC或嵌入式計(jì)算機(jī)；6顯示設(shè)備，顯示檢測過程與結(jié)果；7驅(qū)動單元，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作方式；8執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行目標(biāo)分揀等動作；9測試臺與被測對象；10光源電

7、源2.3 硬件設(shè)計(jì)及分析在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，好的光源與照明方案往往是整個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。光源與照明方案的配合應(yīng)盡可能地突出物體特征參量，在增加圖像對比度的同時(shí)，應(yīng)保證足夠的整體亮度；物體位置的變化不應(yīng)該影響成像的質(zhì)量。光源的選擇必須符合所需的幾何形狀、照明亮度、均勻度、發(fā)光的光譜特性等。照明方案應(yīng)充分考慮光源和光學(xué)鏡頭的相對位置、物體表面的紋理、物體幾何形狀以及背景等要素。故本系統(tǒng)硬件布局為相機(jī)固定在支架最上方,可以通過連桿上下移動，將光源置于相機(jī)正下方的支架上介于物件和相機(jī)鏡頭中間以便物件的光照強(qiáng)度最佳，軸承則放置于支架的載物臺上，載物臺底色為黑色避免圖像采集時(shí)反光影響采集的圖像效果。 本系統(tǒng)

8、利用PC機(jī)實(shí)時(shí)顯示圖像拍攝效果。PC機(jī)系統(tǒng)要求是Windows XP系統(tǒng)，因?yàn)閳D像采集平臺的驅(qū)動只能用于XP系統(tǒng)，不適用于Windows 7系統(tǒng)。采集的圖像可以保存在電腦的硬盤里。三、 軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件功能要求能實(shí)現(xiàn)對軸承的直徑進(jìn)行測量，并顯示結(jié)果，能對測量結(jié)果進(jìn)行誤差分析。3.2 軟件流程圖File DialogIMAQ CreateIMAQ EqualizeIMAQ Read FileIMAQ ConvoluteIMAQ Extract Single Color PlaneCalibrationIMAQ ThresholdIMAQ CorrectGauge Algorithm MaxP

9、article AnalysisIMAQ Find CircularIMAQ Reject BorderImage OutIMAQ Remove ParticleEnd3.3 程序框圖3.4 各功能模塊說明01. File Dialog 將顯示一個(gè)對話框，用于確定文件路徑或目錄02. IMAQ Create 建立一個(gè)圖像臨時(shí)存儲單元03. IMAQ Read File 讀取圖像信息04. IMAQ Extract Single Color Plane 單通道顏色提取05. IMAQ Threshold 目標(biāo)區(qū)域二值化06. Particle Analysis 顆粒分析07. IMAQ Reje

10、ct Border 移除圖像邊界08. IMAQ Remove Particle 移除小顆粒09. IMAQ Equalize 圖像補(bǔ)償10. IMAQ Convolute 對圖像低通濾波11. Calibration 對像素和坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定12. IMAQ Correct 校準(zhǔn)圖像信息13. Gauge Algorithm Max 標(biāo)定的極大尺寸運(yùn)算14. IMAQ Find Circular 尋找擬合圓15. Image Out 處理后的圖像輸出3.5 關(guān)鍵代碼分析u 進(jìn)行單通道顏色提取的圖像不能是8位圖，本系統(tǒng)進(jìn)行處理的圖像為24位RGB圖像；u 對圖像進(jìn)行二值化處理時(shí)，要進(jìn)行大量的調(diào)試，

11、結(jié)合后期的顆粒分析，二值化的程度要達(dá)到顆粒移除步驟完成后能清晰完整的顯示目標(biāo)區(qū)域輪廓；u 顆粒分析過程中，要把與測量需求無關(guān)的顆粒徹底從圖像中移除，以避免對后期圖像信息提取造成干擾；u 標(biāo)定的時(shí)候要盡可能減少誤差的產(chǎn)生，對量塊邊界進(jìn)行點(diǎn)選擇時(shí)要找準(zhǔn)位置，對坐標(biāo)進(jìn)行選取時(shí)要選擇便于計(jì)算軸承相對位置的坐標(biāo)系；u 尋找擬合圓時(shí)，要進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整使圓度誤差盡可能的減小，保證測量的準(zhǔn)確度。四、 設(shè)計(jì)結(jié)果4.1 檢測系統(tǒng)總體照片4.2 檢測系統(tǒng)的人機(jī)交互界面4.3 檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果表1. 軸承外徑測量數(shù)據(jù)（單位：毫米）真實(shí)值（mm）51.9測量值（mm）53.4724誤差值（%）3.0296五、 設(shè)計(jì)小結(jié)六、 參考資料1 ×××××××