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基于DM6437的轴类零件视觉测量系统应用研究与开发

作 者: 夏嘉廷
导 师: 余忠华
学 校: 浙江大学
专 业: 机械制造及其自动化
关键词: DM6437 轴类零件 视觉测量 图像采集 图像分割 亚像素定位 自动化机构设计
分类号: TP274
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 67次
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内容摘要


测量是保证产品精度与质量的重要环节。随着产品质量管理的规范化和法制化,如何应对企业中零件大批量、高精度和多参数的全数检测任务就成了一个亟待解决的难题。而视觉测量作为光、机、电一体化的非接触式测量系统,具有测量速度快、精度高、连续工作和易于实现自动化等优势,已经在多个领域获得了广泛的应用。论文结合国家自然科学基金项目及企业具体的应用需求,针对视觉测量系统的测量精度、测量速度和经济性等应用瓶颈,在嵌入式视觉测量系统的设计和搭建,边缘的快速精确分割、目标直线提取和边缘亚像素定位等图像处理算法的选择和优化,自动化机构设计等方面进行了一定的研究。主要的工作内容包括:1、在明确设计任务和广泛调研的基础上,提出了测量系统的设计要求和设计步骤,并对系统的嵌入式处理平台、光学成像装置、自动化机构和测量流程进行了总体设计。2、基于TI达芬奇系列DSP-DM6437,通过编写I2C读写函数来配置视频解码芯片TVP5150中的寄存器,并通过配置DM6437内部视频处理子系统(VPSS)中的寄存器实现了图像的高速采集和实时显示。相比于PC+数据采集卡平台,降低了系统的硬件成本。3、对DM6437获取的图像进行MATLAB仿真,通过对算法进行对比实验和优化提出并实现了适合DM6437的轴类零件图像处理算法。论文以边缘检测精度和速度为评价标准,通过对比实验,确定采用中值滤波、垂直方向的Sobel算子和8连通边界跟踪算法来获得单像素边缘。为了加快目标直线的提取速度和实现划痕检测,提出了一种基于轴类零件对称特性并进行参数优化的Hough变换算法。为了提高边缘的定位精度,提出了一种基于曲率尺度空间的自适应阈值角点检测算法,确定了目标直线的起点和终点坐标,最终采用最小二乘拟合法实现了零件外径、高度和锥度所对应边缘直线的亚像素定位。4、将上述研究结果应用到射孔弹视觉测量系统中,并对射孔弹的上料、输送、定位和分选机构及其控制流程进行具体的设计,在综合考虑零件定位误差和摄像机畸变误差的基础上,完成了射孔弹视觉测量系统样机的研制。采用样机对φ26.51mm的射孔弹进行测量实验时,系统的硬件分辨率约为0.04mm,但测量结果表明,射孔弹外径、高度和锥度的平均准确度和重复精度均达到了0.016mm、0.034mm和0.013,测量速度约为1.75秒/个。由此可知,系统至少实现了0.5个像素的亚像素定位精度,并且样机的测量精度、速度和经济性均达到任务要求。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-12
1 绪论  12-20
  1.1 课题研究的背景与意义  12-13
    1.1.1 研究背景  12-13
    1.1.2 研究意义  13
  1.2 视觉检测技术概述  13-16
    1.2.1 视觉检测技术分类  13-14
    1.2.2 视觉测量技术概述  14-15
    1.2.3 视觉测量系统的关键技术  15-16
  1.3 国内外研究现状和发展趋势  16-18
    1.3.1 国内外研究现状  16-17
    1.3.2 发展趋势  17-18
  1.4 研究的主要内容  18-20
2 轴类零件视觉测量系统的总体设计  20-33
  2.1 系统的设计要求及设计步骤  20-22
    2.1.1 设计要求  20-21
    2.1.2 设计步骤  21-22
  2.2 设计任务  22-23
  2.3 系统硬件设计  23-30
    2.3.1 系统硬件总体方案设计  23-24
    2.3.2 处理器选型  24-25
    2.3.3 照明系统选型  25-26
    2.3.4 摄像机选型  26-27
    2.3.5 光学镜头选型  27
    2.3.6 上料机构设计  27-28
    2.3.7 输送机构设计  28-29
    2.3.8 定位机构设计  29
    2.3.9 分选机构设计  29-30
  2.4 系统软件设计  30-32
    2.4.1 软件开发环境  30
    2.4.2 系统软件总体方案设计  30-32
  2.5 本章小结  32-33
3 轴类零件的图像采集和显示  33-39
  3.1 轴类零件的图像采集  33-37
    3.1.1 I~2C通信软件实现  33-34
    3.1.2 视频解码软件实现  34-35
    3.1.3 VPFE配置的软件实现  35-37
  3.2 轴类零件的图像显示  37-38
  3.3 本章小结  38-39
4 轴类零件的图像分割  39-62
  4.1 图像分割简介  40-41
  4.2 图像噪声  41-42
  4.3 图像噪声滤除  42-47
    4.3.1 线性滤波器  43-45
    4.3.2 非线性滤波器  45-46
    4.3.3 图像噪声滤除算法选择  46-47
    4.3.4 中值滤波在DM6437上的软件实现  47
  4.4 边缘检测  47-55
    4.4.1 一阶微分边缘检测  48-49
    4.4.2 二阶微分边缘检测算子  49-51
    4.4.3 Canny算子  51-52
    4.4.4 边缘检测算子性能对比实验  52-54
    4.4.5 边缘检测算子选择  54-55
    4.4.6 垂直方向的Sobel算子在DM6437上的软件实现  55
  4.5 阈值分割  55-59
    4.5.1 双峰法  55-56
    4.5.2 迭代法  56
    4.5.3 最大类间方差法  56-57
    4.5.4 阈值分割算法对比实验  57-58
    4.5.5 图像分割算法选择  58-59
  4.6 边缘连接  59-61
    4.6.1 局部处理方法  59-60
    4.6.2 边界跟踪  60
    4.6.3 边缘连接算法选择  60
    4.6.4 边界跟踪算法在DM6437上的软件实现  60-61
  4.7 本章小结  61-62
5 轴类零件图像的几何特征提取和亚像素定位  62-80
  5.1 轴类零件图像的几何特征提取  63-68
    5.1.1 Hough变换直线提取算法  63-66
    5.1.2 Hough变换在DM6437上的软件实现  66-68
  5.2 轴类零件图像的亚像素定位  68-79
    5.2.1 亚像素定位原理和选用条件  68-69
    5.2.2 矩法  69-70
    5.2.3 插值法  70-72
    5.2.4 拟合法  72-73
    5.2.5 亚像素定位算法选择  73-79
  5.3 本章小结  79-80
6 轴类零件视觉测量系统的摄像机标定  80-86
  6.1 摄像机成像模型  80-82
    6.1.1 小孔成像模型  80-81
    6.1.2 摄像机的镜头畸变  81-82
  6.2 镜头畸变的校正  82-83
  6.3 轴类零件视觉测量系统的标定  83-85
    6.3.1 摄像机位置校准  84
    6.3.2 像素当量的标定  84-85
  6.4 本章小结  85-86
7 射孔弹视觉测量系统应用研究与开发  86-98
  7.1 射孔弹视觉测量系统设计  86-88
    7.1.1 硬件设计  86-87
    7.1.2 软件设计  87-88
  7.2 上料机构设计  88-89
    7.2.1 上料方案设计  88
    7.2.2 控制流程  88-89
  7.3 输送、定位和分选机构设计  89-93
    7.3.1 输送、定位和分选方案设计  89-90
    7.3.2 控制流程  90-91
    7.3.3 定位误差分析  91-93
  7.4 总体机构设计  93
  7.5 射孔弹测量实验及结果分析  93-97
    7.5.1 测量实验任务分析  93-94
    7.5.2 测量结果分析  94-97
  7.6 本章小结  97-98
8 总结和展望  98-100
  8.1 总结  98-99
  8.2 展望  99-100
参考文献  100-103
作者简历  103

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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