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基于机器视觉的ICF靶装配检测技术研究

作　者: 万霏
导　师: 刘国栋
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: ICF靶装配 机器视觉 图像处理 模板匹配
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


惯性约束聚变（Inertial Confinement Fusion，简称ICF）是人类解决能源危机最有希望的途径之一。目前激光惯性约束聚变是ICF研究的热点，靶制造装配技术是ICF的核心关键技术。ICF靶结构复杂，尺寸微小，材料特殊，加工及装配精度要求非常高，装配过程复杂，而且由于对洁净度要求高、材料易形变，因此不能用传统接触法进行检测。本文深入调研国内外ICF靶装配检测技术，提出一种基于多维机器视觉的非接触、高精度、高效率装配检测方案，并研制一套ICF靶精密装配检测系统。论文的主要工作包括：(1)设计并研制集多维机器视觉和激光位移测量于一体的靶装配检测系统，实时采集靶的多维图像，利用图像处理方法和三角测头对靶零件位置姿态实时检测，实现靶装配过程的多维精密检测。分析靶装配的工作流程，编写软件测量程序，实现靶装配的自动化。(2)系统地研究靶图像处理方法，主要包括：研究图像增强算法，利用直方图均衡化提高图像对比度；研究靶图像的区域分割方法，利用迭代阈值分割法实现图像粗分割；研究边缘检测算法，利用Canny算子提取边缘，实现靶轮廓的精确提取；研究轮廓识别方法，利用Hough变换实现直线和圆轮廓的检测；研究亚像素细分定位方法，实现亚像素级轮廓拟合与精确定位；研究NCC匹配和形状模板匹配算法，实现光照变化、噪声干扰、存在遮挡情况下的靶零件自动识别与匹配定位。(3)利用三角测头测量姿态角，解决图像处理法对于薄壁件姿态检测和被测目标遮挡情况下无法处理的难题。实验结果和精度分析表明，本文所设计的ICF靶装配检测系统总定位精度可达2.7m，当导轨不运动时可达1.7m；图像法角度精度可达0.056°，三角测头法角度精度可达0.191°，实现了ICF靶的高精度装配测量。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 研究的目的和意义  10-11
  1.3 ICF 靶装配检测的国内外研究现状分析  11-14
  1.4 本文的主要研究内容  14-15
第2章 ICF 靶装配检测系统的总体方案设计  15-31
  2.1 引言  15
  2.2 ICF 靶装配中各待装配零件特点及装配指标  15-16
    2.2.1 各待装配零件特点  15-16
    2.2.2 系统指标要求  16
  2.3 ICF 靶装配检测系统的总体设计思路  16-20
    2.3.1 控制系统结构设计  17-18
    2.3.2 系统工作流程设计  18-20
  2.4 视觉检测系统设计  20-29
    2.4.1 视觉检测系统的设计思想及原理  20-21
    2.4.2 视觉检测系统的核心器件选择  21-26
    2.4.3 视觉检测系统的机械结构设计  26-27
    2.4.4 视觉检测系统软件系统设计  27-29
    2.4.5 与上位机间的通讯协议  29
  2.5 本章小结  29-31
第3章 ICF 靶装配检测系统的关键技术研究  31-57
  3.1 引言  31
  3.2 图像增强  31-34
  3.3 图像分割算法  34-39
    3.3.1 迭代阈值法  34-35
    3.3.2 边缘检测算法  35-39
  3.4 Hough 变换  39-42
    3.4.1 Hough 变换检测直线  39-41
    3.4.2 Hough 变换检测圆  41-42
  3.5 亚像素定位算法  42-46
    3.5.1 最小二乘回归直线拟合  43-44
    3.5.2 灰度矩边缘定位法  44-46
  3.6 模板匹配算法  46-53
    3.6.1 基于灰度相关的模板匹配算法  46-49
    3.6.2 基于形状的模板匹配算法  49-52
    3.6.3 金字塔分层搜索方法  52-53
  3.7 视觉对三角测头自动引导算法  53-55
  3.8 三角测头平面角度测量算法  55-56
  3.9 本章小结  56-57
第4章 ICF 靶装配实验与精度分析  57-72
  4.1 引言  57
  4.2 像素当量标定实验  57-58
  4.3 内外腔装配实验  58-62
    4.3.1 内外腔轴向姿态及同轴度检测实验  58-59
    4.3.2 内外腔径向角度检测实验  59-61
    4.3.3 外腔套入深度检测实验  61-62
  4.4 垫片装配实验  62-68
    4.4.1 垫片与内外腔组件的对心调整实验  63-65
    4.4.2 三角测头实现垫片（内外腔组件）姿态检测的实验  65-68
    4.4.3 三角测头实现垫片高度检测的实验  68
  4.5 系统精度分析  68-71
  4.6 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-77
致谢  77

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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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