基于线阵CCD及STM32的滚针直径精确测量的研究

论文摘要

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。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 非接触测径的国内外发展现状

1.3 论文主要工作

2 系统设计

2.1 需求分析

2.2 成像系统设计

2.3 系统电路设计

2.3.1 STM32简介及其开发平台

2.3.2 CCD及其驱动设计

2.3.3 电源及模数转换设计

2.4 本章小结

3 软件设计

3.1 Stm32与PC主机usb通信

3.1.1 USB HID类设备简介

3.1.2 USB HID设备的开发

3.1.3 上位机USB HID设备通信程序开发

3.1.3.1 WDM驱动程序体系

3.1.3.2 HID设备通信实现

3.2 核心算法设计

3.2.1 灰度图像边缘检测的常用方法

3.2.2 数据的去噪滤波处理

3.2.3 亚像元边缘检测

3.2.3.1 目前亚像元检测算法

3.2.3.2 本文所采用的方法

3.2.4 标定算法

3.3 软件设计

3.3.1 嵌入式固件程序

3.3.2 上位机应用程序

3.4 本章小结

4 实验及结果分析

4.1 实验过程

4.2 实验结果与分析

4.3 误差不确定度分析

4.4 3CCD的滚针倾斜控制设计

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

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