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基于线阵CCD及STM32的滚针直径精确测量的研究

作　者: 吴吕宪
导　师: 王青
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 线阵CCD STM32 非接触测量亚像元检测
分类号: TH133.333
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

滚针轴承具有较小的体积及较高的承载能力,广泛应用于交通运输、家用电器、机床机械等工业领域。作为滚针轴承的主要零部件,滚针的直径精度直接影响到轴承的质量。所以,滚针的直径检测就是一个重要问题,目前厂家主要使用接触式测径方式,检测速度慢,精度低,成本高。本文分析了目前针对这个问题的主要解决方案的特点,其中投影法方案环境适应能力强,抗干扰能力好,成本低。因此本文采用投影法,使用STM32芯片驱动线阵CCD采集投影信号,CCD输出信号经STM32模数转换后,通过USB协议发送到上位机,在上位机由软件进行数据处理,获得准确的直径测量值。实验结果表明,该系统对滚针进行非接触测径,实现了对2-8mm滚针的高精度直径测量,测量精度优于±5um,整个系统方案达到了预期的测量要求,但要达到更高要求,还需要对元器件进行升级,优化系统配置。本系统设计实现了滚针非接触直径测量的整体设计方案。本文在结构上首先阐述了投影法检测原理,利用投影放大法实现提高检测精度,以及整个系统的光路设计、电路设计、CCD驱动设计、元器件的参数选择,并设计了未来产品化的实物机械图；然后,就STM32与上位机USB通信,上位机中的算法以及软件设计做了重点讨论；最后,对本系统进行非接触测量的步骤进行了描述,分析了测量结果的误差和不确定度,对可能造成误差的因素做了讨论,并对未来产品的发展做了大胆的预测。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-10
  1.1 课题背景  7
  1.2 非接触测径的国内外发展现状  7-8
  1.3 论文主要工作  8-10
2 系统设计  10-22
  2.1 需求分析  10
  2.2 成像系统设计  10-11
  2.3 系统电路设计  11-20
    2.3.1 STM32简介及其开发平台  12-15
    2.3.2 CCD及其驱动设计  15-19
    2.3.3 电源及模数转换设计  19-20
  2.4 本章小结  20-22
3 软件设计  22-40
  3.1 Stm32与PC主机usb通信  22-29
    3.1.1 USB HID类设备简介  22-23
    3.1.2 USB HID设备的开发  23-26
    3.1.3 上位机USB HID设备通信程序开发  26-29
      3.1.3.1 WDM驱动程序体系  26-27
      3.1.3.2 HID设备通信实现  27-29
  3.2 核心算法设计  29-35
    3.2.1 灰度图像边缘检测的常用方法  30
    3.2.2 数据的去噪滤波处理  30-32
    3.2.3 亚像元边缘检测  32-34
      3.2.3.1 目前亚像元检测算法  32-33
      3.2.3.2 本文所采用的方法  33-34
    3.2.4 标定算法  34-35
  3.3 软件设计  35-39
    3.3.1 嵌入式固件程序  35-37
    3.3.2 上位机应用程序  37-39
  3.4 本章小结  39-40
4 实验及结果分析  40-49
  4.1 实验过程  40-41
  4.2 实验结果与分析  41-43
  4.3 误差不确定度分析  43-44
  4.4 3CCD的滚针倾斜控制设计  44-48
  4.5 本章小结  48-49
5 总结与展望  49-52
  5.1 总结  49
  5.2 展望  49-52
致谢  52-53
参考文献  53-55

基于线阵CCD及STM32的滚针直径精确测量的研究

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