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长丝喷丝板高精度微孔全自动检测系统的研制

作　者: 汤焕
导　师: 杨崇倡
学　校: 东华大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 喷丝板相机标定自动对焦自动定位 CCD摄像头
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 7次
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内容摘要

由于喷丝板上微孔数目多、孔径小、精度高。人工检测时劳动强度大、效率低，且易出现误检、漏检的现象。且长丝喷丝板有矩形、扇形和圆形，板上微孔的分布也有各种形式，因此开发一台高效，并能用于各类长丝喷丝板全自动检测的仪器，既具有研究价值，又有很强的实用性。本文首先介绍了采用广角镜头测得任意形状，微孔呈任意形式分布的长丝喷丝板上微孔位置坐标的方法。为尽量减小坐标测量的误差，本系统采用了高性能的CCD摄像机和工业级镜头。在研究了各种标定模型的基础上，设计出一种计算量小且综合考虑了影响标定误差的相机内外参数的高精度标定模型，针对棋盘格靶标角点提取，设计了用SV算子准确定位角点的算法。试验证明用这种方法标定相机后，测量误差小于0.15mm，在合理范围内。在测量喷丝板微孔坐标时，对整板图像进行二值化，再利用数学形态法消除二值化时形成的孤立点，用高精度的质心提取算法提取微孔中心像素，计算出微孔坐标，经试验测得坐标误差在0.15mm以内，符合要求。其次，针对大视野相机获得的图像对比度小，对焦困难的问题。利用两镜头焦距间的关系将两个相机以特定距离固定在竖轴上。用熵函数结合综合极点搜索法，实现单孔检测相机对焦的同时，使得大视野相机也在焦距范围内。试验证明这种方法达到了良好的对焦效果。根据系统结构，设计出了体积小、重量轻、夹紧可靠、定位精度高同时可装夹多块长丝喷丝板的专用夹具。我们己对这种夹具设计方案提交专利申请。对异形微孔进行研究后，提出了一种实用的异形微孔检测方法。最后，在此研究基础上，成功开发了全自动长丝喷丝板检测仪，该系统已经在洛阳石化投入使用，运行稳定，效果良好。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题研究背景  10-13
    1.1.1 喷丝板简介  10-11
    1.1.2 喷丝板微孔简介  11-13
    1.1.3 机器视觉简介  13
  1.2 喷丝板检测的国內外发展状况  13-14
  1.3 课题研究的意义  14-15
  1.4 课题研究内容  15-16
第二章视觉检测系统构成及成像原理  16-28
  2.1 检测仪视觉系统硬件构成  16-20
    2.1.1 图像传感器  16-18
    2.1.2 图像采集卡  18-19
    2.1.3 背光源  19-20
    2.1.4 计算机设备  20
  2.2 图像处理概述  20-21
  2.3 数字图像的采集与表达  21-23
  2.4 数字图像处理算法概述  23-28
第三章摄像机标定  28-51
  3.1 摄像机标定模型及成像原理  28-34
    3.1.1 标定参考坐标系  28-30
    3.1.2 成像几何模型  30-32
    3.1.3 摄像机镜头畸变  32-34
  3.2 传统的摄像机标定方法  34-38
    3.2.1 线性求解法  34-36
    3.2.2 非线性优化方法  36-37
    3.2.3 两步法  37-38
  3.3 靶标特征点的提取  38-41
    3.3.1 Harris角点检测算法  38-39
    3.3.2 SUSAN角点检测法  39-41
  3.4 本文采用摄像机标定方法  41-51
    3.4.1 相机标定模型  41-43
    3.4.2 相机模型的参数求解  43-45
    3.4.3 角点提取方法  45-48
    3.4.4 标定试验结果  48-51
第四章微孔自动定位  51-62
  4.1 喷丝板图像的预处理  51-52
  4.2 图像的形态学处理  52-57
    4.2.1 数学形态学  52-53
    4.2.2 数学形态学的基本运算方法  53-55
    4.2.3 形态学处理后的喷丝板图像  55-57
  4.3 微孔坐标获取  57-59
    4.3.1 微孔数目统计  57-58
    4.3.2 微孔中心坐标确定  58-59
  4.4 试验误差分析  59-62
    4.4.1 影响测量结果的因素  59-61
    4.4.2 试验结果分析  61-62
第五章微孔自动调焦的实现  62-74
  5.1 自动调焦原理  62-68
    5.1.1 调焦评价函数介绍  63-66
    5.1.2 极点搜索方法  66-68
  5.2 自动对焦方案的确定  68-69
    5.2.1 调焦评价函数的选择  68
    5.2.2 极点搜索算法  68-69
  5.3 自动调焦试验  69-72
    5.3.1 系统硬件构成  69-70
    5.3.2 软件设计  70-72
  5.4 对焦结果及局限  72-74
第六章异形微孔的检测  74-85
  6.1 图像预处理  74-79
    6.1.1 图像去噪  74-75
    6.1.2 阈值处理  75-76
    6.1.3 图像边缘提取  76-78
    6.1.5 图像细化  78-79
  6.2 尺寸和形状分析  79-82
    6.2.1 微孔尺寸测量  79-80
    6.2.2 形状分析  80-82
  6.3 微孔检测分析  82-85
第七章全自动检测系统集成设计  85-91
  7.1 便件的集成  85-87
    7.1.1 控制定位系统  85-86
    7.1.2 夹具设计  86-87
  7.2 检测软件设计  87-91
    7.2.1 软件总体结构  87-88
    7.2.2 软件的可扩展性  88
    7.2.3 软件使用界面介绍  88-91
总结  91
展望  91-93
参考文献  93-96
攻读硕士学位期间发表的学术论文  96-97
致谢  97

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