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视觉辅助磁场分布测量机器人系统研究

作　者: 刘今越
导　师: 曾周末
学　校: 天津大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 视觉辅助磁场测量机器人姿态测量及调整孔心定位畸变校正
分类号: TP242.62
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

多注速调管电磁聚焦系统是雷达系统的核心部件,其磁场分布是影响系统性能的关键。由于属于深孔检测的问题,且被测孔的分布很难定位,因此,电磁聚焦系统的磁场检测一直是困扰速调管研究与制造的一个难题。本文在国家高技术研究发展计划(863计划)重大项目“L波段连续波多注宽带速调管”(2002AA872020)子项-“基于视觉定位的磁场分布检测系统开发”项目的支持下,以探头精密定位、智能检测、以及检测装备的开发为目的,开展了基于视觉导引和定位的深孔磁场分布测量机器人的深入研究。论文的主要工作内容如下:1.对L波段连续波多注宽带速调管电磁聚焦系统的结构、特性及磁场测量方法进行了分析,结合实际检测要求,设计了适用于电磁聚焦系统检测的基于视觉辅助磁场分布测量机器人系统的总体方案,并对磁场测量机器人系统的各个子系统进行了研究。2.为保证检测数据的可靠性和设备的安全性,磁场测量前必须将探头调整至与电磁聚焦系统上表面垂直的位置。本文对基于P4P模型的摄影测量原理进行了深入研究,根据速调管电磁聚焦系统上表面的物理结构特点,针对性的提出了一种基于P4P模型的电磁聚焦系统姿态测量与调整方法,并对姿态测量过程中的自动调焦算法、图像降噪算法以及角点提取算法进行了深入研究。实验结果表明,提出的姿态测量及调整方法精度较高,容易实现,具有良好的适用性。3.针对探头垂直调整之后的待测孔孔心精确定位问题,对一阶径向畸变模型下圆阵列的畸变特性进行了深入分析,提出了一种基于圆阵列的摄像机畸变参数求解方法和孔心定位方法,有效提高了电磁聚焦系统各待测孔心定位的准确性和快速性。4.针对传统等间距磁场分布测量方法不能兼顾检测效率以及磁场变化细节描述的问题,对电磁聚焦系统磁场分布测量过程中动态调整采样间距的方法进行了深入研究。根据磁场分布测量的控制模型,提出了一种基于灰色预测-模糊逻辑模型的磁场分布测量方法,满足了系统根据磁场强度变化的缓急动态调整测量位置疏密程度的测试要求,在实际应用中取得了良好的测量控制效果。5.根据机器视觉和机器人系统原理,针对多注速调管电磁聚焦系统磁场分布自动测量的精密、可靠、智能化和高效率的现代化检测要求,研制开发了视觉辅助磁场分布测量机器人系统样机的软硬件系统。目前,该系统已经在中国科学院电子学研究所成功投入到实际的检测应用中。

全文目录

中文摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-26
  1.1 磁场测量  10-19
    1.1.1 磁场测量技术  10-12
    1.1.2 磁场测量设备  12-17
    1.1.3 多注速调管电磁聚焦系统的磁场测量  17-19
  1.2 机器视觉  19-24
    1.2.1 机器视觉技术  19-21
    1.2.2 视觉测量技术  21-24
  1.3 课题的主要研究内容  24-26
第二章多注速调管电磁聚焦系统磁场测量方案  26-39
  2.1 L 波段连续波多注宽带速调管电磁聚焦系统结构及测量要求  26-30
    2.1.1 L 波段连续波多注宽带速调管电磁聚焦系统结构  26-30
    2.1.2 磁场测量机器人系统总体要求  30
  2.2 磁场测量系统总体方案  30-38
    2.2.1 磁场测量机器人系统总体结构设计  30-37
    2.2.2 视觉辅助磁场分布测量机器人系统工作流程  37-38
  2.3 本章小结  38-39
第三章电磁聚焦系统姿态测量及调整  39-66
  3.1 电磁聚焦系统姿态测量  39-51
    3.1.1 电磁聚焦系统姿态测量  39-48
    3.1.2 电磁聚焦系统姿态测量的径向畸变校正  48-51
  3.2 电磁聚焦系统姿态调整  51-54
  3.3 相关图像处理算法研究  54-62
    3.3.1 摄像机调焦算法  54-59
    3.3.2 基于加运算的图像降噪  59-60
    3.3.3 亚像素精度的角点提取算法研究  60-62
  3.4 电磁聚焦系统姿态测量及调整的实验及精度分析  62-65
  3.5 本章小结  65-66
第四章电磁聚焦系统待测孔孔心定位  66-86
  4.1 亚像素边缘检测  66-75
    4.1.1 像素级Canny 算子边缘粗定位  67-69
    4.1.2 形态学滤波剔除干扰边缘信息  69-71
    4.1.3 基于空间矩的亚像素边缘定位  71-75
  4.2 基于圆阵列的摄像机畸变参数求解  75-79
    4.2.1 一阶径向畸变摄像机模型下圆阵列畸变特性分析  76-78
    4.2.2 基于圆阵列的摄像机一阶径向畸变系数求解  78-79
  4.3 电磁聚焦系统待测孔心定位  79-82
    4.3.1 边缘点位置校正  79-80
    4.3.2 基于最小二乘法的孔心精确定位  80-82
  4.4 坐标变换  82-83
  4.5 实验结果及误差分析  83-85
    4.5.1 孔心定位实验  83-85
    4.5.2 孔心定位精度分析  85
  4.6 本章小结  85-86
第五章基于灰色预测－模糊逻辑的磁场分布测量  86-103
  5.1 磁场分布测量要求及检测位置控制模型  86-88
  5.2 基于灰色 GM(1,1)模型的磁场强度趋势预测  88-94
    5.2.1 数列生成  89-90
    5.2.2 GM(1,1)预测模型建模  90-92
    5.2.3 等维动态递补新息模型  92-94
  5.3 基于模糊逻辑的预测误差补偿  94-98
  5.4 磁场分布测量  98-102
    5.4.1 基于多项式拟合的磁场分布测量位置控制  98-100
    5.4.2 磁场强度信号处理  100
    5.4.3 磁场分布测量实验  100-102
  5.5 本章小结  102-103
第六章视觉辅助磁场分布测量机器人系统开发  103-118
  6.1 视觉辅助磁场分布测量机器人系统  103-106
  6.2 视觉辅助磁场分布测量机器人系统软件  106-114
    6.2.1 视觉辅助磁场分布测量机器人系统的软件结构  106-107
    6.2.2 系统软件设计  107-114
  6.3 总体实验  114-117
  6.4 本章小结  117-118
总结与展望  118-121
参考文献  121-129
发表论文和科研情况说明  129-130
致谢  130

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