刀具预调仪图像测量软件系统开发

论文摘要

刀具预调仪是集光、机、电于一体的精密检测仪器，在现代化的生产体系中它能有效提高数控设备的生产效率和加工精度，但国产刀具预调仪采用光学投影，依靠人眼观察和测量的模式，其主观误差大，测量速度低。基于这个原因，本文认为以图像测量为基础的刀具测量软件系统有其独特的优势，并对该系统进行了有关设计开发。图像测量系统主要由机械装置、图像采集、照明设备、软件平台和计算机组成，其中软件平台是图像测量的核心部分，也是本文的研究重点，它关系到整个系统的测量精度和速度。系统的工作原理是采用面阵CCD摄像机采集刀具图像，通过1394接口传输到计算机，并由图像测量软件完成刀具参数的检测，最后保存和输出打印。本课题由中北大学机械工程与自动化学院和太原中北新缘科技中心联合开发项目，在参考大量文献和追踪国内外相似产品的基础上，本文研究和完成了以下几个方面的工作：（1）确定图像测量系统的算法，包括图像预处理、亚像素边缘检测、边界提取等，其中亚像素边缘检测和边界提取算法的选择对刀具快速、精确的测量起着关键的作用。（2）研究了刀具几何参数的具体检测方法，包括刀具的圆弧半径、刀尖夹角等。（3）对摄像机标定进行了研究，根据测量标定理论，结合系统自身特点标定摄像机，对靶标角点高精度提取进行了研究，并进行了初步的标定实验。（4）利用Delphi编写图像测量软件系统，实现刀具图像采集、实时显示、处理和几何参数测量等功能。（5）确定测量系统中的各种误差来源，并从理论上分析实际测量结果，如何进一步提高测量精度

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 项目背景与意义
• 1.2 国内外刀具预调仪的差异对比
• 1.3 刀具预调仪系统组成
• 1.4 图像测量概述
• 1.5 项目主要研究内容和关键技术
• 2 软件系统的测量算法
• 2.1 图像预处理
• 2.1.1 RGB 图像灰度化
• 2.1.2 图像中值滤波
• 2.1.3 图像二值化
• 2.1.4 Canny 算子边缘检测及Matlab 实现
• 2.2 亚像素边缘定位检测
• 2.2.1 亚像素定位检测原理
• 2.2.2 常用亚像素定位检测算法
• 2.2.3 灰度矩亚像素定位检测
• 2.2.4 多项式插值法亚像素定位检测
• 2.2.5 亚像素边缘检测的 Matlab 实现
• 2.3 边界提取
• 2.3.1 边缘细化
• 2.3.2 边界跟踪的方法
• 2.3.3 边界提取的 Matlab 实现
• 2.4 刀具几何参数测量
• 2.4.1 直线的拟合
• 2.4.2 角度的测量
• 2.4.3 圆弧参数的测量
• 2.4.4 几何参数的 Matlab 实现
• 2.5 本章小结
• 3 图像测量系统的标定
• 3.1 测量系统的标定方法概述
• 3.2 测量系统的标定方法分类
• 3.3 本文采用的标定方法
• 3.3.1 手眼定标系统
• 3.3.2 手眼定标两步法原理
• 3.3.3 摄像机标定的 Matlab 实现
• 3.4 本章小结
• 4 图像测量软件系统设计
• 4.1 软件系统简介
• 4.2 软件UI 设计
• 4.3 Matlab 与 Delphi 数据交互
• 4.3.1 Matlab 自动化服务
• 4.3.2 动态链接库设计
• 4.3.3 函数在 Delphi 中的运用
• 4.4 图像测量系统硬件
• 4.5 软件系统功能模块
• 4.5.1 系统初始化及图像采集的 Delphi 实现
• 4.5.2 Delphi 图像处理
• 4.6 本章小结
• 5 实验数据与结果分析
• 5.1 实验结果
• 5.2 误差来源
• 5.3 误差补偿技术
• 5.4 提高测量精度的方法
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢