基于機(jī)器視覺(jué)的鋼管直線(xiàn)度實(shí)時(shí)測(cè)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(xiàn)度是衡量鋼管質(zhì)量指標(biāo)的主要參數(shù)之一，國(guó)內(nèi)外針對(duì)軸類(lèi)、導(dǎo)軌等工件在給定平面內(nèi)的直線(xiàn)度測(cè)量研究較多，但是針對(duì)鋼管在軸向方向直線(xiàn)度的測(cè)量研究較少。研究鋼管直線(xiàn)度的準(zhǔn)確測(cè)量有著重要的科學(xué)意義及工業(yè)價(jià)值。
　　針對(duì)鋼管直線(xiàn)度的測(cè)量，常用的方法有位移傳感器法、拉線(xiàn)法等，這些方法都是通過(guò)測(cè)量鋼管表面母線(xiàn)直線(xiàn)度來(lái)估算其軸線(xiàn)方向直線(xiàn)度，所以測(cè)量準(zhǔn)確度較低，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)非接觸

2、測(cè)量，只適合于鋼管直線(xiàn)度的抽樣檢測(cè)。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)非接觸實(shí)時(shí)測(cè)量，在直線(xiàn)度測(cè)量中也得到應(yīng)用，其在測(cè)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(cè)算法、直線(xiàn)度實(shí)時(shí)測(cè)量硬件電路設(shè)計(jì)等模塊尚未展開(kāi)深入研究。本文在前人研究基礎(chǔ)之上，采用機(jī)器視覺(jué)方法測(cè)量鋼管直線(xiàn)度，首先設(shè)計(jì)了應(yīng)用于鋼管直線(xiàn)度測(cè)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(cè)算法；同時(shí)設(shè)計(jì)了鋼管直線(xiàn)度的計(jì)算算法，并將本系統(tǒng)測(cè)量方法和傳統(tǒng)測(cè)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(jì)了直線(xiàn)度實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的硬件電路。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　第一章對(duì)鋼管直線(xiàn)度測(cè)量的國(guó)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(jì)了鋼管直線(xiàn)度測(cè)量的光學(xué)成像系統(tǒng)。首先設(shè)計(jì)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(jì)了光學(xué)成像系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)ZEMAX光學(xué)模擬及像質(zhì)分析，對(duì)成像鏡頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，最后對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了評(píng)估，該光學(xué)成像系統(tǒng)能夠用于

4、鋼管直線(xiàn)度測(cè)量。
　　第三章主要完成了鋼管邊緣檢測(cè)算法設(shè)計(jì)。分析了傳統(tǒng)邊緣檢測(cè)算子和數(shù)學(xué)方法邊緣檢測(cè)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(cè)方法——相鄰行灰度差異判定法，對(duì)鋼管圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)。最后從運(yùn)算量和檢測(cè)效果兩方面對(duì)本算法進(jìn)行了評(píng)估。
　　第四章完成了鋼管直線(xiàn)度計(jì)算算法設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)。首先設(shè)計(jì)了中心軸線(xiàn)像素坐標(biāo)計(jì)算算法，然后采用最小二乘法對(duì)直線(xiàn)度誤差進(jìn)行評(píng)定，并對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定

5、。最后采用百分表測(cè)量鋼管直線(xiàn)度的方法和本文采用的測(cè)量方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較，并對(duì)系統(tǒng)測(cè)量誤差進(jìn)行了分析。
　　第五章設(shè)計(jì)了鋼管直線(xiàn)度實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的硬件電路。首先給出了直線(xiàn)度測(cè)量系統(tǒng)的硬件整體方案設(shè)計(jì)，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(jì)了鋼管軸心線(xiàn)像素坐標(biāo)計(jì)算算法和直線(xiàn)度誤差評(píng)定算法，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)論證。
　　第六章對(duì)本文的研究工作做了總結(jié)，指出了鋼管