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铝板表面缺陷在线检测系统关键技术研究

作　者: 张海伦
导　师: 綦星光
学　校: 齐鲁工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 冷轧铝板机器视觉表面缺陷在线检测图像处理
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着市场竞争的加剧以及生产工艺的发展，人们对产品质量的要求越来越高,因此,基于机器视觉在线检测系统取代人工检测成为一种对冷轧铝板质量控制的重要手段。本文主要论述了对冷轧铝板表面缺陷在线检测系统几项关键技术的研究，包括针对冷轧铝板机器视觉系统的线阵高速相机、镜头、光源等硬件的选择，并通过多种实验方法获得硬件之间的最佳融合、搭配方案。针对用户需求的软件设计，包括简单、灵活的可视化操作界面，并内嵌改进型表面缺陷特征提取图像处理算法。同时，针对实际应用环境，对系统软、硬件进行改进，并在不同环境中验证了系统具有良好的可靠性和准确性。具体研究内容如下：首先，阐述了硬件架构的整体设计，包括对硬件的选择和安装。为满足冷轧铝板这一特殊检测对象的高精度检测,还要考虑到生产环境相对恶劣,不利于电子产品长时间运作,因此,本系统采用高速线阵相机和高性能工控机分别实现铝板表面缺陷的采集和处理。并通过计算和对比实际传输速率，选择千兆以太网作为传输介质。其次，因为高速图像采集是实现在线铝板缺陷检测的首要环节，所以在保证图像采集的高速进行的同时，调整各设备的组合状态，不断优化图像质量，保证图像的均匀度、分辨率。针对铝板生产线复杂的生产环境，提高系统的抗干扰性，保证图像采集和缺陷检测的连续性。同时，实现对高速相机阵列实时采集的图像进行快速处理，在铝板缺陷检测系统上采用分布式软件设计和多工控机组成阵列的方式实现快速采集和处理，并将处理后的数据通过千兆网路发送至中心服务器或现场计算机，进而满足图像信息高速处理的要求，有效地避免数据拥堵。在软件设计和实现的过程中，不仅使软件系统对相机等硬件能够良好的连接和控制，还做到能够对硬件的信号能够良好地接收和处理，包括编码器的脉冲和相机的图像信号。同时，系统内嵌了多种改进型图像处理算法，针对不同的缺陷，采用不同的算法。然后计算各个缺陷图像区域的特征数据，根据结果计算缺陷面积等进而分类、统计各缺陷。检测系统在操作界面做到简洁明了的同时，保证了程序的稳定性，并防止出现漏检和误检。检测完成后，程序生成相应的检测报表，使检测结果一目了然，为厂家提供比较直观的缺陷数据和分析结果，更为其带来了良好的经济效益。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第1章绪论  11-15
  1.1 课题背景  11
  1.2 课题的目的及意义  11-12
  1.3 国内外研究现状  12
  1.4 论文主要研究内容及结构安排  12-15
第2章机器视觉技术及应用  15-21
  2.1 冷轧铝板简介  15
  2.2 机器视觉技术  15-17
    2.2.1 机器视觉  15-16
    2.2.2 机器视觉技术的发展与典型应用  16-17
  2.3 铝板表面检测系统组成  17-19
    2.3.1 系统的基本原理  17-18
    2.3.2 系统的基本框架构思  18-19
  2.4 本章小结  19-21
第3章铝板表面缺陷检测系统的硬件选择  21-35
  3.1 对检测系统的要求  21
  3.2 线阵相机  21-24
    3.2.1 线阵相机介绍  21-22
    3.2.2 线阵相机的特点  22-23
    3.2.3 Dalsa Spyder3 相机  23-24
  3.3 系统镜头  24-29
    3.3.1 光学系统的基本概念和参数  24-26
    3.3.2 光学镜头的重要参数  26-29
    3.3.3 光学镜头的选择和 Kowa 镜头  29
  3.4 系统光源  29-30
    3.4.1 检测系统对光源的要求  29
    3.4.2 各种光源的对比  29-30
    3.4.3 LED 线阵光源  30
  3.5 处理终端  30-33
    3.5.1 各种终端对比  30-32
    3.5.2 带强大处理器 IPC  32-33
    3.5.3 一种多工控机对多相机模式  33
  3.6 本章小结  33-35
第4章铝板表面缺陷检测系统整体设计  35-55
  4.1 相机部分  35-39
    4.1.1 相机与 IPC 之间的连接  35-37
    4.1.2 相机精度的确定  37-38
    4.1.3 多相机的协同  38-39
  4.2 光源与相机的协作  39-42
    4.2.1 光源的安装  39-40
    4.2.2 明视场照明下相机与光源的协作  40-42
  4.3 编码器的应用  42-46
    4.3.1 编码器的安装  42-43
    4.3.2 编码器与 1784 板卡的作用  43-46
  4.4 检测程序的设计  46-54
    4.4.1 程序流程  46-50
    4.4.2 缺陷识别  50-52
    4.4.3 软件可视化操作  52-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章铝板表面缺陷检测系统的优化与使用  55-61
  5.1 硬件优化  55-57
    5.1.1 相机架体的优化设计  55-56
    5.1.2 设备的防护与维护  56-57
    5.1.3 成像质量的改善  57
  5.2 软件优化  57-59
    5.2.1 界面的改善  57-58
    5.2.2 检测过程分步实现  58
    5.2.3 缺陷分类的改进  58-59
  5.3 系统的抗干扰特性  59
  5.4 本章小结  59-61
第6章铝板表面缺陷检测系统应用  61-69
  6.1 铝板表面缺陷检测系统的使用  61
  6.2 铝板表面缺陷检测系统的可靠性验证  61-67
    6.2.1 外界环境对系统的影响  62-66
    6.2.2 系统精度、准确性测试  66-67
  6.3 本章小结  67-69
第7章总结与展望  69-71
  7.1 总结  69-70
  7.2 展望  70-71
参考文献  71-75
致谢  75-77
在学期间主要科研成果  77
  一、发表学术论文  77
  二、其它科研成果  77

铝板表面缺陷在线检测系统关键技术研究

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