基于机器视觉的PC轨道梁在役锚固螺杆自动定位与检测系统研究

论文摘要

本文所监测的锚固螺杆服役于重庆市轻轨交通系统,根据其结构上的特点可知,连接轨道梁与墩台的锚固螺杆构件是该系统关键的受力构件,其缺陷状况至关重要。但是,材料缺陷、气候环境对金属元件的腐蚀、长期服役及复杂的受力情况等因素都会对锚固螺杆的健康状况产生很大的负面影响。因此,需要对锚固螺杆系统的缺陷状况进行监测。本论文的研究目的是为锚固螺杆缺陷监测仪器设计定位系统以便于仪器自动将传感器顺利安装到待监测锚固螺杆上。能够对锚固螺杆在X、Y、Z方向上进行精确的定位,同时计算出锚固螺杆端面矩形与轨道梁之间的角度,用同一个摄像机实现四轴定位。本系统的硬件部分主要包括照明光源系统,摄像机系统,执行机构,工业控制计算机系统等;软件主要是图像采集、存储和处理的控制程序等。基于机器视觉的处理方法可以高效、准确地对锚固螺杆进行定位和测定锚固螺杆的偏移角度,为后续监测中的传感器的自动安装提供了位置及角度参数,在整个锚固螺杆缺陷监测系统中起到至关重要的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 跨座式单轨交通简介
• 1.2 轨道梁锚固螺杆缺陷监测问题的提出
• 2 缺陷监测仪器定位系统解决方案及整体思路
• 2.1 轨道梁锚固螺杆缺陷监测的解决方案
• 2.2 缺陷监测仪器定位系统的解决方案
• 2.3 缺陷监测仪器定位系统工作流程及整体思路
• 2.4 缺陷监测仪器定位系统技术要求
• 3 定位系统硬件组成
• 3.1 照明方式及光源的选择
• 3.1.1 光源
• 3.1.2 照明技术
• 3.1.3 本系统采用的照明方式
• 3.2 摄像机的选择
• 3.2.1 摄像机光学镜头的选择
• 3.2.2 摄像机图像传感器的选择
• 3.2.3 相机参数的计算和类型的确定
• 3.3 相机系统的标定
• 3.3.1 摄像机的镜头畸变
• 3.3.2 摄像机标定的实现与分析
• 3.4 运动控制系统的选择
• 3.4.1 运动控制系统总体设计
• 3.4.2 零件参数选择
• 4 利用自动调焦算法对锚固螺杆端面进行Z 方向定位
• 4.1 引言
• 4.2 调焦评价函数简介
• 4.3 各种调焦评价函数
• 4.4 一种新的基于灰度分割的调焦评价函数
• 4.5 调焦评价函数实验结果及分析
• 4.6 搜索算法在调焦系统中的应用
• 5 利用图像匹配技术实现锚固螺杆X、Y 方向定位
• 5.1 引言
• 5.2 图像的采集
• 5.3 图像的预处理及其实验结果
• 5.4 图像匹配算法
• 6 锚固螺杆安装角度的计算
• 6.1 引言
• 6.2 图像预处理及边缘提取
• 6.3 几种典型的直线角度计算方法
• 6.3.1 Hough 变换法
• 6.3.2 二阶矩轴法
• 6.3.3 最小二乘法
• 6.3.4 改进的Hough 变换
• 6.4 几种直线角度计算方法实验及结果比较
• 6.5 锚固螺杆端面矩形与X 轴角度计算的实现
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录