机器视觉及其伺服定位系统研究

论文摘要

点灯检查机作为等离子（PDP）生产线上后工艺中进行等离子屏色温亮度分析的重要设备。该设备除了要求机械零件加工具有高精度外,还涉及运动控制,视觉定位,网络信息处理等方面,所以该设备在整条生产线中被定义为难度系数最高的设备之一基于“PDP点灯检查机国产化”项目,本文首先分析了点灯检查机的总体结构及动作流程,由于需要将PDP面板电极与柔性电极FPC对齐以便对面板上电,但电极宽度仅为十几微米,所以需要具有高精度的定位系统以完成对位任务,而基于位置的视觉伺服定位系统能满足此要求。本文从实际任务需求出发,采用“自上而下”的系统设计策略,为视觉定位运动设置了引入位置,定位位置及目标位置,并设计了“从引入位置到定位位置的平台绝对位置移动”、“从定位位置到目标位置的基于位置的视觉伺服系统运动”及“从目标位置到引入位置的平台绝对位置移动”的运动策略。基于以上运动策略需求,视觉定位系统采用了绝对位置运动及基于位置的视觉伺服系统运动相结合的定位控制方法；针对视觉闭环的连续微动,本文提出了PDP面板基于点对应的定位控制策略。针对视觉伺服系统模型,本文分析了视觉系统中的图像获取、图像处理流程、图像特征提取及坐标系变换（离线示教）过程；作为运动执行机构,本文也详细分析了交流伺服系统的整体结构、电流环、速度环、位置环的动态特性及参数设置方法。为了便于与外部控制器的通信,通信硬件采用了工作于半双工模式下的RS232通讯及直接输入输出DI/O信号线建立握手过程相结合的方式；基于视觉基本任务需求,本文定义了串口通信协议及设定了各种任务命令。通过设计VC++程序实现了PC机与视觉系统串口通信；视觉定位系统作为点灯检查机系统的子部分,本文设计了PLC与视觉定位系统的通讯程序及在触摸屏上实现了人机界面,并在实际点灯检查机上得到良好的运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的与内容
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 研究内容
• 1.3 本章小结
• 第二章 PDP点灯检查机中视觉定位系统设计
• 2.1 视觉定位系统在点灯检查机中的作用
• 2.2 引入位置及定位位置的设定
• 2.3 基于位置的视觉定位系统
• 2.4 基于点对应的定位控制策略
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于位置的视觉定位
• 3.1 图像采集
• 3.2 图像处理过程
• 3.2.1 灰度化
• 3.2.2 图像滤波
• 3.2.3 边缘检测
• 3.2.4 图像强化处理
• 3.2.5 模板匹配
• 3.3 坐标系变换
• 3.4 离线示教
• 3.5 PID控制方法
• 3.6 判定标准设定
• 3.7 本章小结
• 第四章 视觉定位系统交流伺服结构分析
• 4.1 电子齿轮比的作用及设置方法
• 4.2 伺服交流电机SPWM控制方式
• 4.3 伺服系统动态特性分析及参数设定
• 4.3.1 电流环特性分析
• 4.3.2 速度环特性分析
• 4.3.3 位置环特性分析
• 4.3.4 负载的分析计算
• 4.3.5 伺服系统参数设定
• 4.4 视觉定位系统OPR设定
• 4.5 本章小结
• 第五章 视觉定位系统与外部控制器的交互
• 5.1 通信方式设定
• 5.2 任务命令设置
• 5.3 通信协议设定
• 5.4 上位机与视觉定位系统通信
• 5.5 视觉定位系统与PLC系统的通讯
• 5.5.1 视觉定位系统与PLC通讯连接
• 5.5.2 PLC系统中触摸屏对视觉定位系统的操作
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果