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基于机器视觉的汽车换热器尺寸测量及外观检测系统设计

作　者: 傅骏
导　师: 茅耀斌
学　校: 南京理工大学
专　业: 系统工程
关键词: 机器视觉尺寸测量缺陷检测换热器
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

机器视觉在产品自动检测上有着不可替代的作用,它具有检测速度快、精度高、非接触性等特点。本文在了解机器视觉的基本原理和查阅有关尺寸测量和缺陷检测文献的基础上,完成了对汽车换热器尺寸测量和表面缺陷检测算法的设计,并搭建检测平台,开发了一套基于机器视觉的汽车换热器检测系统的软件。论文的主要内容包括：(1)完成了对汽车换热器检测系统上硬件的设计。根据检测系统性能要求,对检测系统的硬件进行了选型,具体包括光源、相机、镜头、千兆网卡和工控机等,并在实验室搭建了检测平台,采集了实际的换热器图像。(2)针对实际测量的需要,研究了一些基于机器视觉的直线和圆检测算法,确定了合理的尺寸测量算法,具体包括：Hough变换检测直线和圆、基于点标定的圆检测、小圆孔的检测算法以及亚像素级的直线检测(改进的拉格朗日插值法和高斯曲线拟合法)等,并分别采用计算机产生的标准直线图像对亚像素级直线检测算法和采用圆形工件图像对基于点标定的圆拟合算法进行精度测试。最后运用相关算法对采集到的汽车换热器图像上的直线、圆柱孔和小圆孔区域进行了测量。(3)采用基于机器视觉的方法对汽车换热器图像中表面纹理区域的缺陷进行了检测,主要研究了灰度共生矩阵法、直接阈值法和基于傅立叶变换滤波的阈值法。灰度共生矩阵法先计算图像的灰度共生阵的特征值,然后对得到的特征值分别采用BP神经网络分类器和规则分类器进行分类。阈值法在滤波后选用合适的阈值二值化,接着分别采用不同的结构元素进行形态学开操作,最后采用面积阈值来划分缺陷。论文对三种方法的检测结果进行了分析和比较,完成了对汽车换热器上缺陷的检测。(4)开发了一套基于机器视觉的尺寸测量和缺陷检测软件,介绍了相关的软件设计过程。在VS2010的开发平台上,采用C++编程语言与开源机器视觉库OpenCV编写软件完成对汽车换热器上16个尺寸的测量和表面缺陷的检测。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
1 绪论  9-21
  1.1 机器视觉技术简述  9-11
  1.2 课题研究背景和意义  11-13
  1.3 尺寸测量和缺陷检测的研究现状  13-18
    1.3.1 尺寸测量研究  13-15
    1.3.2 缺陷检测研究  15-18
  1.4 本文的主要工作和章节安排  18-21
    1.4.1 本文主要工作  18-19
    1.4.2 本文章节安排  19-21
2 汽车换热器视觉检测系统的硬件组成及选型  21-27
  2.1 汽车换热器视觉检测系统的要求及技术难点  21-22
    2.1.1 检测要求  21-22
    2.1.2 技术难点  22
  2.2 硬件系统的选型  22-25
    2.2.1 工业相机的选型  22-23
    2.2.2 镜头的选型  23-24
    2.2.3 网卡的选型  24
    2.2.4 光源的选型  24-25
    2.2.5 系统计算机的选型  25
  2.3 系统原理和具体设计  25-26
  2.4 本章小结  26-27
3 汽车换热器尺寸测量中的图像处理技术  27-51
  3.1 图像金字塔原理  27-28
  3.2 边缘检测算法  28-29
  3.3 Hough变换法检测圆和直线  29-31
    3.3.1 基于Hough变换的直线检测  30
    3.3.2 基于Hough变换的圆检测  30-31
  3.4 基于点标定的圆拟合算法  31-37
    3.4.1 算法原理  31-32
    3.4.2 实验对比和分析  32-37
  3.5 圆孔的检测  37-38
  3.6 亚像素精度的直线检测  38-44
    3.6.1 改进的拉格朗日插值法  38-40
    3.6.2 基于高斯曲面拟合的亚像素边缘定位算法  40-42
    3.6.3 实验对比和分析  42-44
  3.7 基于最小二乘法的直线拟合  44
  3.8 汽车换热器上直线和圆检测的实验和分析  44-49
    3.8.1 汽车换热器上直线的检测  45-47
    3.8.2 汽车换热器上圆柱孔的检测  47-48
    3.8.3 汽车换热器上小圆孔的检测  48-49
  3.9 本章小结  49-51
4 汽车换热器表面缺陷检测算法研究  51-67
  4.1 预处理  51-52
  4.2 灰度共生阵法  52-56
    4.2.1 灰度共生矩阵  52-53
    4.2.2 BP神经网络  53-54
    4.2.3 实验过程与分析  54-56
  4.3 直接阈值法  56-61
    4.3.1 阈值分割和形态学操作  56-58
    4.3.2 缺陷的检测与定位  58-59
    4.3.3 实验过程与分析  59-61
  4.4 基于傅立叶变换滤波的阈值法  61-65
    4.4.1 傅立叶滤波  61-63
    4.4.2 实验过程与分析  63-65
  4.5 本章小结  65-67
5 汽车换热器的软件设计及功能介绍  67-75
  5.1 开发环境  67
  5.2 软件检测流程  67-70
    5.2.1 尺寸测量流程  68-69
    5.2.2 缺陷检测流程  69-70
  5.3 软件界面与功能介绍  70-72
  5.4 实验结果  72-74
  5.5 本章小结  74-75
6 总结与展望  75-77
  6.1 本文工作总结  75
  6.2 展望  75-77
致谢  77-79
参考文献  79-82

基于机器视觉的汽车换热器尺寸测量及外观检测系统设计

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