基于视觉的圆筒内壁均匀度在线检测系统

论文摘要

圆筒在现代化建设中有着大规模的应用,特别是机械、能源、军事等领域。然而在生产过程中,圆筒始终是用传统的人工离线检测方法进行检测。为提高检测圆筒的速度,当前工厂急需能实现圆筒在线检测的方法和系统。但由于圆筒的一端封闭,且生产现场温度高,现有的机器视觉检测方法和系统难以达到圆筒的实时在线检测的目的。文章提出了一种基于视觉的圆筒内壁几何参数检测方法,同时采用特殊结构的成像机构,通过对激光反射所形成的反映圆筒内壁几何尺寸变化的光斑图像进行处理,最终得到圆筒内壁几何参数变化信息。根据机器视觉检测原理,文章设计出以激光三角测距方法为基础,新的成像方法的检测方法。该方法采用反射镜改变激光光路,使激光垂直照射到圆筒内壁表面,最终成为反映圆筒内壁几何尺寸变化的光斑图像,使用三棱镜对激光光斑图像成像。这个方法能够达到激光垂直射入,图像垂直传出的效果。采用该方法能够完整地测试圆筒内壁,即便是接近圆筒封闭一端的远端,亦能够达到内壁检测的效果;同时,该方法将成像所需的电子设备远离被测圆筒设置,能够达到高温生产环境的长时间稳定工作的要求。为满足试验要求,对圆筒内壁进行精确定位的圆周检测,本文设计了一套机械系统。该系统用来固定光学设备和电子器件;精确控制待测圆筒的转动角度、转动速度;精确控制检测装置的水平位移,并可对其垂直高度进行调节,以达到最理想的检测效果。设计了步进电机驱动应用电路和单片机控制电路,并编写单片机程序,完成与上位机通信。配合图像处理等检测程序,使整个系统检测能力达到能精确定位的要求,使系统对检测点定位达到PC机可视化控制的要求。各机械装置与组件进行相互配合,最终实现实时在线检测的演示模型样机。以激光光斑中心定位算法作为研究对象,编写了将检测系统采集到的光斑图像自动转化成光斑位置数据的程序。通过模型样机实验,最终数据表明,该系统对于内壁尺寸检测分辨率,可达0.1毫米/像素,内壁尺寸变化检测范围可达16毫米。对圆筒内壁同一位置圆周的多次测量数据基本描述了该圆周的一致均匀度变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 机器视觉概述
• 1.1.1 机器视觉的概念
• 1.1.2 机器视觉系统的基本组成
• 1.1.3 机器视觉的特点
• 1.1.4 机器视觉的应用现状
• 1.1.5 机器视觉的发展趋势
• 1.2 课题背景与意义
• 1.2.1 课题背景
• 1.2.2 课题研究意义
• 1.3 本文主要研究工作
• 第二章 圆筒检测方法研究
• 2.1 圆筒检测方法比较分析
• 2.2 圆筒内壁检测分析
• 2.3 圆筒检测方法
• 2.4 圆筒检测工作流程模型
• 第三章 圆筒检测系统设计
• 3.1 成像系统设计
• 3.1.1 激光器选择
• 3.1.2 光路反射系统
• 3.2 图像采集系统
• 3.2.1 镜头参数与相机参数匹配计算
• 3.2.2 镜头
• 3.2.3 相机
• 3.2.4 采集卡
• 3.2.5 图像采集系统最终参数计算
• 3.3 机械系统设计
• 3.4 硬件电路设计
• 3.4.1 步进电机
• 3.4.2 步进电机工作原理
• 3.4.3 步进电机驱动应用电路
• 3.4.4 系统的软件程序分析
• 3.5 调试问题解析
• 3.6 圆筒检测系统演示样机与图像采集效果
• 第四章 图像处理算法与程序设计
• 4.1 图像处理基本步骤
• 4.2 图像预处理
• 4.3 光斑中心定位
• 4.3.1 重心法光斑中心定位
• 4.3.2 对光斑中心的二次处理
• 4.4 图像采集与处理程序编写
• 4.4.1 图像采集卡的使用
• 4.4.2 图像采集卡应用接口库
• 4.4.3 程序编写
• 4.5 对圆筒内壁圆周的连续检测
• 4.6 图像处理程序实验
• 4.6.1 程序运行流程
• 第五章 结论
• 参考文献
• 附录
• 在学研究成果
• 致谢