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加工中心运动误差在线检测方法研究

作　者: 方勇
导　师: 赵转萍
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 加工中心运动误差在线检测视觉检测图像处理亚像素定位 CCD
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 46次
引　用: 2次
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内容摘要

数控加工过程中的质量问题,制约着先进制造系统的总体效率的发挥以及系统的普及和推广。因此,提高数控加工中心加工精度的方法研究已成为近年来机械加工领域研究的热点。而加工中心运动误差在线检测技术是提高加工中心工作精度和操作自动化程度的关键技术之一。本课题研究的主要目的就是在对加工中心的运动误差进行建模的基础上,研究基于视觉检测技术的数控加工中心各项运动误差的在线检测方法。本文根据加工中心的运动方式,利用基于误差合成法中的齐次变换矩阵技术对三轴加工中心的运动误差进行建模。结合误差模型,提出一种基于视觉技术的运动误差的在线检测方案。研究了视觉平面标识图形变化和各项运动误差之间的的传递关系和分离方法,根据系统的技术指标和性能要求,结合典型的机器视觉系统结构,选择确定了系统的硬件配置,设计搭建了视觉检测系统,并给出了系统软件的结构及工作流程。针对系统中标识图形的具体情况,本文通过对各种数字图像处理方法反复的研究和实验,确定了较为合理的图像预处理算法和预处理过程;为了提高系统的检测精度,在图像边缘检测定位的过程中,采用了空间矩亚像素边缘定位与基于最小二乘法拟合亚像素边缘定位相结合的手段,对目标的边缘进行了准确的定位。在系统的软件设计和开发中,使用Visual C++ 6.0作为软件平台开发了本系统的自动检测和图像处理软件,并充分利用了NI-IMAQ、NI-Measurement Studio、OpenCV等工具各自的优点,实现本系统的各种算法。本文对系统进行了运行实验,分析了运行效果以及实验数据。实验结果表明,该视觉检测系统对加工中心运动误差在线的检测达到了预期目标。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章绪论  13-18
  1.1 课题背景  13
  1.2 加工中心误差建模及检测国内外研究现状  13-16
  1.3 视觉检测技术的国内外研究现状  16-17
  1.4 研究的目的和意义  17
  1.5 本论文的主要研究内容  17-18
第二章在线检测系统的总体设计  18-38
  2.1 加工中心运动误差模型的建立  18-23
    2.1.1 三轴加工中心的运动误差分析  18-19
    2.1.2 三轴加工中心的运动误差建模  19-23
  2.2 系统的功能、技术要求及总体结构  23-27
    2.2.1 系统功能及技术要求  23
    2.2.2 系统总体结构  23-27
  2.3 系统的硬件设计  27-36
    2.3.1 十字形半导体激光器  27-28
    2.3.2 CCD 相机  28-29
    2.3.3 镜头  29-30
    2.3.4 图像采集卡  30-31
    2.3.5 数据采集卡  31-33
    2.3.6 光栅尺  33-36
  2.4 系统的软件环境  36-38
    2.4.1 Visual C++  36
    2.4.2 NI-IMAQ  36-37
    2.4.3 NI-Measurement Studio  37
    2.4.4 OpenCV  37-38
第三章视觉检测中采用的关键技术  38-56
  3.1 图像预处理  38-45
    3.1.1 图像滤波  38-41
      3.1.1.1 简单平滑滤波  38-39
      3.1.1.2 中值滤波  39
      3.1.1.3 高斯平滑滤波  39-41
    3.1.2 图像增强  41-45
      3.1.2.1 灰度变换  42-44
      3.1.2.2 直方图均衡  44-45
  3.2 图像分割  45-47
    3.2.1 图像并行区域阈值分割  45-46
    3.2.2 固定阈值分割  46
    3.2.3 自适应阈值分割  46-47
  3.3 边缘检测  47-50
    3.3.1 Sobel 检测  47-48
    3.3.2 Canny 检测  48-49
    3.3.3 Laplace 检测  49-50
  3.4 本检测系统的关键算法——亚像素检测  50-56
    3.4.1 亚像素检测算法原理  50
    3.4.2 空间矩亚像素算法  50-54
    3.4.3 基于最小二乘法拟合的亚像素算法  54-56
第四章检测系统的软件设计  56-66
  4.1 系统软件设计思想及其流程  56-58
  4.2 多线程通讯简介及其实现  58-59
    4.2.1 光栅采集主线程  58-59
    4.2.2 图像采集及处理子线程  59
  4.3 检测系统的各功能模块的实现  59-66
    4.3.1 系统设置模块  59-60
    4.3.2 测量模块  60-64
      4.3.2.1 获取工作台位置模块  60-61
      4.3.2.2 图像采集模块  61-62
      4.3.2.3 图像处理模块  62-63
      4.3.2.4 边缘检测  63-64
      4.3.2.5 图像识别与测量计算模块  64
    4.3.3 系统标定模块  64-65
    4.3.4 拟合实验曲线模块  65-66
第五章系统标定与精度分析  66-70
  5.1 系统标定  66-68
    5.1.1 角度误差的标定  66-67
    5.1.2 直线度误差的标定  67-68
  5.2 精度分析  68-70
    5.2.1 角度误差的精度分析  68-69
    5.2.2 直线度误差的精度分析  69-70
第六章构建系统运行实验  70-73
  6.1 实验构建  70-71
  6.2 实验结果  71-72
  6.3 实验分析  72-73
第七章总结与展望  73-75
  7.1 全文总结  73
  7.2 后续展望  73-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
在学期间的研究成果及发表的学术论文  79

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