基于機(jī)器視覺的鋼管直線度實(shí)時測量系統(tǒng)研究.pdf

1、鋼管在工業(yè)生產(chǎn)中扮演著極其重要的角色，其廣泛應(yīng)用于化工、冶金、機(jī)械等行業(yè)。直線度是衡量鋼管質(zhì)量指標(biāo)的主要參數(shù)之一，國內(nèi)外針對軸類、導(dǎo)軌等工件在給定平面內(nèi)的直線度測量研究較多，但是針對鋼管在軸向方向直線度的測量研究較少。研究鋼管直線度的準(zhǔn)確測量有著重要的科學(xué)意義及工業(yè)價值。
　　針對鋼管直線度的測量，常用的方法有位移傳感器法、拉線法等，這些方法都是通過測量鋼管表面母線直線度來估算其軸線方向直線度，所以測量準(zhǔn)確度較低，且無法實(shí)現(xiàn)非接觸

2、測量，只適合于鋼管直線度的抽樣檢測。機(jī)器視覺技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)非接觸實(shí)時測量，在直線度測量中也得到應(yīng)用，其在測量方法上取得很大突破，但是在光學(xué)成像系統(tǒng)，邊緣檢測算法、直線度實(shí)時測量硬件電路設(shè)計等模塊尚未展開深入研究。本文在前人研究基礎(chǔ)之上，采用機(jī)器視覺方法測量鋼管直線度，首先設(shè)計了應(yīng)用于鋼管直線度測量的光學(xué)成像系統(tǒng)；然后結(jié)合鋼管形狀，提出了新的邊緣檢測算法；同時設(shè)計了鋼管直線度的計算算法，并將本系統(tǒng)測量方法和傳統(tǒng)測量方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較；最后采

3、用FPGA、DSP組合設(shè)計了直線度實(shí)時測量系統(tǒng)的硬件電路。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　第一章對鋼管直線度測量的國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，闡述了本文的研究目的和意義，并介紹了本文的主要研究工作。
　　第二章設(shè)計了鋼管直線度測量的光學(xué)成像系統(tǒng)。首先設(shè)計了成像系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)，并采用雙高斯結(jié)構(gòu)設(shè)計了光學(xué)成像系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)，然后通過ZEMAX光學(xué)模擬及像質(zhì)分析，對成像鏡頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，最后對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行了評估，該光學(xué)成像系統(tǒng)能夠用于

4、鋼管直線度測量。
　　第三章主要完成了鋼管邊緣檢測算法設(shè)計。分析了傳統(tǒng)邊緣檢測算子和數(shù)學(xué)方法邊緣檢測的原理及應(yīng)用現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合照明方式、鋼管特殊形狀，提出了一種新的邊緣檢測方法——相鄰行灰度差異判定法，對鋼管圖像進(jìn)行邊緣檢測。最后從運(yùn)算量和檢測效果兩方面對本算法進(jìn)行了評估。
　　第四章完成了鋼管直線度計算算法設(shè)計及實(shí)驗(yàn)。首先設(shè)計了中心軸線像素坐標(biāo)計算算法，然后采用最小二乘法對直線度誤差進(jìn)行評定，并對測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定

5、。最后采用百分表測量鋼管直線度的方法和本文采用的測量方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較，并對系統(tǒng)測量誤差進(jìn)行了分析。
　　第五章設(shè)計了鋼管直線度實(shí)時測量系統(tǒng)的硬件電路。首先給出了直線度測量系統(tǒng)的硬件整體方案設(shè)計，然后采用FPGA實(shí)現(xiàn)了“相鄰行灰度差異判定法”算法，并給出了算法實(shí)現(xiàn)原理、進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)論證。最后采用DSP設(shè)計了鋼管軸心線像素坐標(biāo)計算算法和直線度誤差評定算法，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)論證。
　　第六章對本文的研究工作做了總結(jié)，指出了鋼管