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基于图像识别的超精密加工环境监控系统

作　者: 张瑞
导　师: 王振忠
学　校: 厦门大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 超精密加工图像识别 DM642 数字仪表指针式仪表
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

先进光学元件包括高精度平面和非球面元件,在国防及民用高技术领域都有着重要而广泛的应用。该类元件是硬脆性难加工材料,为保证其加工精度,必须严格控制超精密加工环境。机床配套辅助设备一般都会产生热、振动等,从而影响超精密加工环境。以本课题组自主研制的大尺寸高精度平面磨床2MK1760为例,配套辅助设备包括精密油冷却机、液压油泵和精密水冷机等,其发热和振动会严重影响超精密加工过程。因此必须对超精密机床的配套设备进行隔离,通常会采取放置于洁净车间之外及用密封隔音箱封闭等措施,这样就给操作人员监控机床加工环境带来很多不便。为保证操作人员能方便地监控超精密加工环境,查看加工环境历史数据,并及时发现和解决突发问题,设计一个高效稳定的超精密加工环境监控系统是非常必要的。由于超精密机床的配套设备普遍都没有与计算机通信的接口,本文设计的监控系统通过拍摄机床配套设备仪表图像,并对图像进行处理与识别,来获取超精密加工环境数据。监控系统包括上位机和下位机两部分,下位机主要进行图像处理与识别,其处理器是TMS320DM642,上位机主要进行数据分析与处理。图像处理与识别是监控系统的关键技术,本文深入研究了数字式和指针式仪表图像识别算法,并针对机床配套设备仪表识别的特殊情况,提出了一种模板扫描算法来快速检测仪表指针。此外,本文还对上位机和下位机进行了程序设计,对图像处理与识别算法进行了程序实现。最后,利用所开发的监控系统进行了数字式和指针式仪表识别实验,验证了图像处理识别算法的高效稳定性以及监控系统的合理性和稳定性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-13
第一章绪论  13-24
  1.1 先进光学元件  13-15
    1.1.1 先进光学元件的应用  13-14
    1.1.2 先进光学元件加工技术  14-15
  1.2 先进光学元件超精密加工体系  15-20
    1.2.1 超精密加工装备  16-18
    1.2.2 超精密加工环境监控  18-20
  1.3 图像识别研究发展状况  20-23
  1.4 论文的主要研究内容  23-24
第二章超精密加工环境监控系统的构架  24-33
  2.1 超精密加工设备及环境  24-25
  2.2 超精密加工环境监控系统构架  25-26
    2.2.1 监控系统硬件规划  25-26
    2.2.2 监控系统软件规划  26
  2.3 监控系统硬件设计  26-29
    2.3.1 TMS320DM642视频接口电路介绍  27
    2.3.2 TMS320DM642串行接口电路介绍  27-28
    2.3.3 监控系统硬件结构  28-29
  2.4 DM642程序设计基础  29-32
    2.4.1 CCS编程介绍  30
    2.4.2 DSP/BIOS实时操作系统介绍  30-31
    2.4.3 DM642程序烧写与加载  31-32
  2.5 小结  32-33
第三章数字仪表图像识别算法  33-46
  3.1 数字仪表图像识别流程  33-34
  3.2 仪表定位  34-37
    3.2.1 仪表定位方案  34-35
    3.2.2 角点检测  35
    3.2.3 边缘检测  35-37
  3.3 二值化  37-39
    3.3.1 动态聚类C-均值法  38
    3.3.2 类间方差法(Otsu法)  38-39
    3.3.3 算法选择与优化  39
  3.4 数字分割  39-40
  3.5 特征提取与识别  40-45
    3.5.1 识别算法选择与特征选择  41
    3.5.2 BP神经网络的结构  41-43
    3.5.3 BP神经网络的训练  43
    3.5.4 BP网络的设计分析  43-45
  3.6 小结  45-46
第四章指针式仪表识别算法  46-56
  4.1 图像定位与二值化  46-47
  4.2 直线检测算法  47-52
    4.2.1 Hough变换  47-48
    4.2.2 模板扫描  48-52
    4.2.3 直线检测算法的选择  52
  4.3 指针识别算法  52-54
    4.3.1 形态学细化处理  53
    4.3.2 检测指针边缘线  53-54
  4.4 小结  54-56
第五章程序设计  56-69
  5.1 下位机程序设计  56-64
    5.1.1 下位机程序规划  56-57
    5.1.2 下位机串口通信程序  57-59
    5.1.3 下位机视频采集与显示程序  59-61
    5.1.4 下位机图像处理识别程序  61-64
  5.2 上位机程序设计  64-68
    5.2.1 识别结果分析与处理  65
    5.2.2 人工辅助定位  65-67
    5.2.3 数据库  67
    5.2.4 图像显示与保存  67-68
  5.3 小结  68-69
第六章监控系统实验  69-75
  6.1 数字式仪表识别实验  69-71
    6.1.1 识别光照变化下的数字仪表  69-70
    6.1.2 识别快速变化的数字  70-71
  6.2 指针式仪表识别实验  71-74
    6.2.1 识别仪表的指针角度变化  71-73
    6.2.2 识别位置变化的指针式仪表  73-74
  6.3 小结  74-75
第七章总结与展望  75-77
  7.1 总结  75-76
  7.2 展望  76-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
硕士期间科研成果  81

基于图像识别的超精密加工环境监控系统

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