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微细管道管壁缺陷检测系统构建技术研究

作　者: 韩文强
导　师: 吴斌
学　校: 天津大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 微细管壁 机器视觉 全景成像 自适应照明 图像处理
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


汽车发动机缸体微细管道存在的缺陷会严重影响发动机的使用寿命和汽车的行车安全，再回收利用中也必须对管壁缺陷进行严格检测。目前的管壁缺陷检测方法大多适合于大尺寸管道，有限的几种针对微细管壁的检测方法也存在自动化程度低等缺点。为了克服这些不足，本文通过初步构建的实验系统验证了基于机器视觉的微细管壁缺陷的自动化检测实现方案。本文主要研究了基于机器视觉的汽车发动机缸体微细管壁缺陷检测系统的构建技术。微细管道的狭小空间制约了机器视觉中传感器内置直接成像的实现过程，本文基于锥面镜全景成像原理，利用特殊的成像和照明部件——视像管，研究了传感器外置新模式，实现了机器视觉检测原理在微细管壁检测中的应用。视像管将外部照明光线导入被测管内部，又将内壁信息传输至外部接收相机，解决了微细管内部照明和成像的问题。采用PWM方法和PID算法，设计并实现了亮度可快速、自动调节的照明系统，以满足不同环境下的照明需求。结合电控位移导轨、倾斜台、旋转台、升降台和测量相机初步构建了实验系统，同时对系统构建过程中的同轴对准和同步问题进行了深入研究，设计了详细的处理流程。根据管壁图像的特点选取了相应的图像处理方法，并基于OpenCV图像处理库予以实现，完成了检测系统软件设计与编程。本文还就影响管壁缺陷测量误差的相关因素进行了分析。本文在实验室中构建的微细管壁缺陷检测系统实现了对直径8mm，深100mm管的管壁缺陷检测，可以检测出0.3mm以上的孔状缺陷，能够达到要求的标准差0.05mm以内的检测精度。本系统的建立验证了全景成像原理在微细管壁检测中的可行性，为后续的工业化应用奠定了理论基础。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-12
  1.1 课题背景  7-8
  1.2 微细管壁缺陷检测的国内外研究现状  8-9
  1.3 本文的主要研究内容  9-12
    1.3.1 本课题的研究思路  9-10
    1.3.2 本文的研究目的及研究内容  10-12
第二章 锥面镜全景成像技术研究  12-23
  2.1 全景成像技术概述  12-13
  2.2 锥面镜成像模型  13-14
  2.3 光学传输部件（视像管）的设计  14-18
    2.3.1 几何设计  14-15
    2.3.2 材料的选取  15-16
    2.3.3 照明效率分析  16-18
  2.4 环形全景图像的展开  18-21
    2.4.1 环形全景图像展开模型  18-19
    2.4.2 霍夫圆变换  19-21
  2.5 本章小结  21-23
第三章 微细管道管内缺陷检测系统构建  23-32
  3.1 系统总体构成  23
  3.2 相机与镜头的选取  23-25
  3.3 自适应照明光源的设计  25-29
    3.3.1 调光方式的选择  26-27
    3.3.2 光源控制电路设计  27-29
    3.3.3 照明光源结构设计  29
  3.4 姿态调整平台的构建  29-30
  3.5 本章小结  30-32
第四章 视像管和管道姿态的同轴调整及系统同步控制  32-37
  4.1 微细管道管内缺陷检测流程  32-33
  4.2 视像管和被测管道同轴对准  33-35
    4.2.1 视像管与电控平台的平行调整  33-34
    4.2.2 视像管与被测管道的同轴调整  34-35
  4.3 图像采集及运动扫描的同步  35-36
    4.3.1 位置同步  35
    4.3.2 速度同步  35-36
  4.4 本章小结  36-37
第五章 软件系统及算法设计  37-48
  5.1 软件总体构成  37
  5.2 自适应照明  37-41
    5.2.1 自适应照明的实现流程  38
    5.2.2 照明质量评价函数  38-39
    5.2.3 PID 调节过程  39-41
  5.3 同步控制与图像采集  41
    5.3.1 位移平台控制  41
    5.3.2 工业相机图像获取  41
  5.4 图像预处理  41-45
    5.4.1 图像展开与拼接  41-43
    5.4.2 图像滤波  43-44
    5.4.3 图像二值化  44-45
  5.5 缺陷识别与测量  45-47
    5.5.1 缺陷识别  46-47
    5.5.2 缺陷测量  47
  5.6 本章小结  47-48
第六章 实验结果及误差分析  48-56
  6.1 实验内容  48
  6.2 实验数据及分析  48-53
    6.2.1 环带范围  48-49
    6.2.2 环带宽度实验  49-51
    6.2.3 不同直径被测管成像实验  51-53
  6.3 误差分析  53-55
    6.3.1 对准偏差  53-54
    6.3.2 图像展开误差分析  54
    6.3.3 图像叠影误差分析  54-55
  6.4 本章小结  55-56
第七章 总结和展望  56-58
  7.1 全文总结  56
  7.2 课题展望  56-58
参考文献  58-60
发表论文和参加科研情况说明  60-61
致谢  61

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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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