機器視覺檢測實驗臺架模塊化設(shè)計【開題報告+文獻綜述+畢業(yè)設(shè)計】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報告</b></p><p>　　機械設(shè)計制造及其自動化</p><p>　　機器視覺檢測實驗臺架模塊化設(shè)計</p><p>　　一、選題的背景與意義</p><p>　　在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，機器視覺系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工況檢測、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。本課題研究的機器視覺實驗

2、臺架是針對機器視覺專業(yè)領(lǐng)域用于完成相機、光源和鏡頭的裝夾或調(diào)整的實驗測試裝置，可以很方便的調(diào)整和固定市面上多數(shù)常見的機器視覺圖像采集配件，能最大限度的獲得更好的圖像，以便測試和評估自己的圖像處理軟件算法、進而對機器視覺項目進行論證。該系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，是對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構(gòu)成不同的顧客定制的產(chǎn)品，并且能夠快速的搭建檢測系統(tǒng)，適應(yīng)不

3、同檢測任務(wù)的需要，以滿足市場的不同需求。</p><p>　　二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題</p><p>　　2.1　本課題主要研究開發(fā)內(nèi)容包括：</p><p>　　機器視覺檢測的原理、組成部分、基本原件及其功能應(yīng)用；</p><p>　　表面缺陷和工件計數(shù)兩種常見的機器視覺檢測任務(wù)的實現(xiàn)方法；</p><p&

4、gt;　　認識和了解系統(tǒng)各部分的安裝結(jié)構(gòu)以及運動功能的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)；</p><p>　　2.2　擬解決的主要問題包括：</p><p>　　對表面缺陷和工件計數(shù)兩種常見的機器視覺檢測任務(wù)進行模塊化設(shè)計；</p><p>　　確定攝像機、光源等各個部分結(jié)構(gòu)裝置的安裝方案；</p><p>　　完成機器視覺檢測系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)和傳動部分的驅(qū)動和剔除功

5、能的設(shè)計。</p><p>　　三、研究的方法與技術(shù)路線</p><p>　　3.1　研究的方法：</p><p>　　首先查閱機器視覺檢測系統(tǒng)、各個主要裝置部件方面的參考資料，重點為光源、光學(xué)鏡頭、攝像機等系統(tǒng)重要設(shè)備功能使用方面的資料；</p><p>　　對比各種裝置的控制方法，結(jié)合視頻參考資料，找出本課題的研究方向，設(shè)計內(nèi)容；<

6、/p><p>　　觀察表面缺陷和工件計數(shù)兩種常見的機器視覺檢測元件與執(zhí)行裝置的類型，了解其工作原理；</p><p>　　對本課題研究中所用的裝置設(shè)備進行圖紙的繪制，主要是各個裝置在實驗臺架中的結(jié)構(gòu)圖。</p><p><b>　　3.2　技術(shù)路線：</b></p><p>　　四、研究的總體安排與進度</p>

7、<p>　　1． 了解表面缺陷和工件計數(shù)兩種常見的機器視覺檢測系統(tǒng)的原理及其工程應(yīng)用（4 周，結(jié)合畢業(yè)實習進行）；</p><p>　　2． 將其各個部分結(jié)構(gòu)進行分析和安裝，實現(xiàn)其基本功能（2 周）；</p><p>　　3． 加入傳動部分的驅(qū)動控制和剔除系統(tǒng)，模擬其動態(tài)特性，并對整個控制進行修改和仿真（3 周）；</p><p>　　4． 對整個系統(tǒng)操

8、作過程進行總結(jié)，通過比較，確定其最優(yōu)設(shè)計方案；（2 周）</p><p>　　5． 整理、撰寫畢業(yè)論文（2 周）。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 唐向陽,張勇,李江有黃崗,楊松,關(guān)宏. 機器視覺關(guān)鍵技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用展望[J]. 昆明理工大學(xué)學(xué)報: 理工版, 2006, 29(2): 37-40.<

9、;/p><p>　　[2] 張萍,朱政紅. 機器視覺技術(shù)及其在機械制造自動化中的應(yīng)用[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2007, 30(10): 34-39.</p><p>　　[3] 朱飛虎. 機器視覺原理及應(yīng)用[J]. 自動化博覽, 2005, 22(2): 81-83.</p><p>　　[4] 李福建,張元培. 機器視覺系統(tǒng)組成研究[J]. 廣角,

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14、o Logy, 2002, 3: 668- 674.</p><p><b>　　畢業(yè)論文文獻綜述</b></p><p>　　機械設(shè)計制造及其自動化</p><p>　　機器視覺檢測試驗臺架模塊化設(shè)計</p><p><b>　　1.機器視覺技術(shù)</b></p><p>　

15、　機器視覺技術(shù)是20世紀70年代在遙感圖像處理和醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上逐漸興起的，并應(yīng)用于多種領(lǐng)域。在我國，機器視覺仍屬新興行業(yè)，但是隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展對機器視覺技術(shù)的需求必將呈上升趨勢。機器視覺技術(shù)的出現(xiàn)極大的減輕了人工檢測的壓力，提高了產(chǎn)品的檢測質(zhì)量和檢測速度，因而在工業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域迅速得到了應(yīng)用。同時，專業(yè)生產(chǎn)機器視覺產(chǎn)品及其集成系統(tǒng)的公司也紛紛成立并致力于機器視覺系統(tǒng)和部件的研究，經(jīng)過多年的發(fā)展，機器視覺系統(tǒng)已經(jīng)相當完

16、善[1]。</p><p>　　1.1機器視覺技術(shù)的基本原理</p><p>　　機器視覺主要用計算機來模擬人的視覺功能從客觀事物的圖像中提取息，進行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。一個典型的工業(yè)機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括光源、光學(xué)系統(tǒng)、圖像捕捉系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機械執(zhí)行模塊，如圖1[2]所示。 首先采用攝像機獲得被測目標的圖像信號，然后通過

17、A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布、亮度和顏色等信息，進行各種運算來抽取目標的特征，然后再根據(jù)預(yù)設(shè)的判別準則輸出判斷結(jié)果，去控制驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)進行相應(yīng)處理。</p><p>　　機器視覺是一項綜合技術(shù)，其中包括數(shù)字圖像處理技術(shù)、機械工程技術(shù)、控制技術(shù)、光源照明技術(shù)，光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)、人機接口技術(shù)等。機器視覺強調(diào)實用性，要求能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場惡劣的

18、環(huán)境，要有合理的性價比、通用的工業(yè)接口、較高的容錯能力和安全性，并具有較強的通用性和可移植性。它更強調(diào)實時性，要求高速度和高精度。</p><p>　　1.2機器視覺系統(tǒng)的工作過程和特點</p><p>　　一個完整的機器視覺系統(tǒng)的主要工作過程如下：</p><p>　?。?）工件定位檢測器探測到物體已經(jīng)運動至接近攝像系統(tǒng)的視野中，向圖像采集部分發(fā)送觸發(fā)脈沖。<

19、;/p><p>　　（2）圖像采集部分按照事先設(shè)定的程序和延時，分別向攝像機和照明系統(tǒng)發(fā)出啟動脈沖。</p><p>　?。?）攝像機停止目前的掃描，重新開始新的一幀掃描，或者攝像機在啟動脈沖來到之前處于等待狀態(tài)，啟動脈沖到來后啟動一幀掃描。</p><p>　?。?）攝像機開始新的一幀掃描之前打開曝光機構(gòu)，曝光時間可以事先設(shè)定。</p><p>

20、;　?。?）另一個啟動脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時間應(yīng)該與攝像機的曝光時間匹配。</p><p>　?。?）攝像機曝光后，正式開始一幀圖像的掃描和輸出。</p><p>　　（7）圖像采集部分接收模擬視頻信號通過A/D 將其數(shù)字化，或者是直接接收攝像機數(shù)字化后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。</p><p>　　（8）圖像采集部分將數(shù)字圖像存放在處理器或計算機的內(nèi)存中。</

21、p><p>　?。?）處理器對圖像進行處理、分析、識別，獲得測量結(jié)果或邏輯控制值。</p><p>　?。?0）處理結(jié)果控制流水線的動作、進行定位、糾正運動的誤差等。從上述的工作流程可以看出，機器視覺是一種比較復(fù)雜的系統(tǒng).因為大多數(shù)系統(tǒng)監(jiān)控對象都是運動物體，系統(tǒng)與運動物體的匹配和協(xié)調(diào)動作尤為重要，所以給系統(tǒng)各部分的動作時間和處理速度帶來了嚴格的要求[3]。</p><p&g

22、t;　　機器視覺系統(tǒng)的特點是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。而且機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。</p><p>　　正是由于機器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動處

23、理，也易于同設(shè)計信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，人們將機器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。在中國，這種應(yīng)用也在逐漸被認知，且?guī)碜钪苯拥姆磻?yīng)就是國內(nèi)對于機器視覺的需求將越來越多。</p><p>　　2.機器視覺關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　在機器視覺系統(tǒng)中，關(guān)鍵技術(shù)有光源照明技術(shù)、光學(xué)鏡頭、攝像機、圖像采集卡、圖像處理卡和快速準確的

24、執(zhí)行機構(gòu)等幾個方面。</p><p><b>　　2.1 光源</b></p><p>　　在機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中，好的光源與照明方案往往是整個系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵， 起著非常重要的作用，它并不是簡單的照亮物體而已。光源與照明方案的配合應(yīng)盡可能地突出物體特征量，在物體需要檢測的部分與那些不重要部份之間應(yīng)盡可能地產(chǎn)生明顯的區(qū)別，增加對比度；同時還應(yīng)保證足夠的整體亮度，物體位置的

25、變化不應(yīng)該影響成像的質(zhì)量。在機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中一般使用透射光和反射光。 對于反射光情況應(yīng)充分考慮光源和光學(xué)鏡頭的相對位置、物體表面的紋理，物體的幾何形狀、背景等要素。光源的選擇必須符合所需的幾何形狀、照明亮度、均勻度、發(fā)光的光譜特性等，同時還要考慮光源的發(fā)光效率和使用壽命。表1列出了幾種主要光源的相關(guān)特性。</p><p>　　在光源方面值得注意的是，LED光源因其顯色性好，光譜范圍寬，能覆蓋可見光的整個范圍，且

26、發(fā)光強度高，穩(wěn)定時間長，隨著其制造工藝和技術(shù)的成熟，價格的降低，它必將得到越來越廣泛的應(yīng)用，成為圖像領(lǐng)域新的亮點。還有高頻熒光燈因其發(fā)光強度，性價比好，在某些應(yīng)用場合也是很好的選擇[4]。</p><p><b>　　2.2 光學(xué)鏡頭</b></p><p>　　光學(xué)鏡頭相當于人眼的晶狀體，在機器視覺系統(tǒng)中非常重要。一個鏡頭的成像質(zhì)量優(yōu)劣，即其對像差校正的優(yōu)良與否，可

27、通過像差大小來衡量，常見的像差有球差、彗差、像散、場曲、畸變、色差等六種。對定焦鏡頭和變焦鏡頭來講，同一檔次的定焦鏡頭的像差肯定比變焦鏡頭的小，因為變焦鏡頭必須折衷考慮，使各種不同焦距下的成像質(zhì)量都相對較好，不允許出現(xiàn)某個焦距(在變焦范圍內(nèi))下很差的情況。所以在機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中，根據(jù)被測目標的狀態(tài)應(yīng)優(yōu)先選用定焦鏡頭。此外再綜合考慮圖像的放大倍率、視場大小、光圈大小、焦距、視角大小等因素進行具體選擇。</p><p&

28、gt;　　2.3攝像機和圖像采集卡</p><p>　　攝像機和圖像采集卡共同完成對物料圖像的采集與數(shù)字化。高質(zhì)量的圖像信息是系統(tǒng)正確判斷和決策的原始依據(jù)，是整個系統(tǒng)成功與否的又一關(guān)鍵所在。目前在機器視覺系統(tǒng)中，CCD攝像機以其體積小巧、性能可靠、清晰度高等優(yōu)點得到了廣泛使用。CCD攝像機按照其使用的CCD器件可以分為線陣式和面陣式兩大類。線陣CCD攝像機一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝的物體必須以直線形式從攝

29、像機前移過，才能獲得完整的圖像，因此非常適合對以一定速度勻速運動的物料流的圖像檢測；而面陣CCD攝像機則可以一次獲得整幅圖像的信息。</p><p>　　目前的線陣CCD攝像機產(chǎn)品主要有兩大類，一類以Basler L301bc 和L301kc 為代表，如圖2所示，從中可以清楚地看到：在同一時刻，R、G、B 傳感器輸出的信息不是對應(yīng)被攝物料的同一位置，而是三個不同的位置，即存在R、G、B 錯位的問題。 另一類以Da

30、lsa公司的TR - 33 和TR- 34 系列的攝像機為代表，如圖3所示，采用了三棱鏡分光技術(shù)把物料上同一位置反射回來的光線的紅色分量送到R傳感器輸出，綠色分量送到G傳感器輸出，藍色分量送到B傳感器輸出，即同一時刻，R、G、B 傳感器輸出的信息是被攝物料的同一位置的顏色信息。第一類產(chǎn)品價格比較便，在檢測精度和系統(tǒng)實時性要求不是很高的應(yīng)用場合使用較廣泛；第二類產(chǎn)品的價格則比較昂貴，主要用于檢測精度高、實時性強、必須獲得高質(zhì)量圖像的系統(tǒng)。

31、</p><p>　　在機器視覺系統(tǒng)中，圖像采集卡是控制攝像機拍照，完成圖像采集與數(shù)字化，協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)的重要設(shè)備。它一般具有以下功能模塊：(1)圖像信號的接收與A/ D 轉(zhuǎn)換模塊，負責圖像信號的放大與數(shù)字化；(2)攝像機控制輸入輸出接口，主要負責協(xié)調(diào)攝像機進行同步或?qū)崿F(xiàn)異步重置拍照、定時拍照等；(3)總線接口，負責通過計算機內(nèi)部總線高速輸出數(shù)字數(shù)據(jù)，一般是PCI接口，傳輸速率可高達130Mbps，完全能勝任高精度

32、圖像的實時傳輸，且占用較少的CPU時間；(4)顯示模塊，負責高質(zhì)量的圖像實時顯示；(5)通訊接口，負責通訊。</p><p>　　目前，圖像采集卡種類很多，按照不同的分類方法，有黑白圖像和彩色圖像采集卡，有模擬信號和數(shù)字信號采集卡，有復(fù)合信號和RGB分量信號輸入采集卡。在選擇圖像采集卡時，主要應(yīng)考慮到系統(tǒng)的功能需求、圖像的采集精度和與攝像機輸出信號的匹配等因素[5]。</p><p>&l

33、t;b>　　2.4圖像處理軟件</b></p><p>　　圖像處理軟件好比人的大腦，它包括圖像增強、數(shù)據(jù)編碼和傳輸、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識別與理解等算法內(nèi)容，有些具有數(shù)據(jù)庫記錄和網(wǎng)絡(luò)通信功能，通過數(shù)字I/O板通信和記錄數(shù)據(jù)，加上一定的判據(jù)或圖像處理算法區(qū)分優(yōu)劣部件來實現(xiàn)機器視覺系統(tǒng)質(zhì)量檢測的總目標[8-9]。這里包含圖像與處理分析的許多算法是不同公司的特色，也是公司保密的主要對

34、象和競爭的砝碼，用戶可以選擇圖形化或基于代碼的編程環(huán)境，其中圖形化編程界面通常比其他高級編程語言簡單，但是在需要一些特殊的特征或功能時有一定的局限性；而基于代碼的軟件包，盡管非常困難和需要編碼經(jīng)驗，但在編寫復(fù)雜的特殊應(yīng)用檢測算法時具備更大的靈活。</p><p>　　現(xiàn)在著名的圖像處理軟件產(chǎn)品有美國DT公司DTVF，美國NI公司Labview、OpenCV、Evision，加拿大Coreco公司W(wǎng)it、IFC等等

35、[12]。</p><p><b>　　2.5執(zhí)行機構(gòu)</b></p><p>　　對于一個系統(tǒng)而言，系統(tǒng)功能的最終實現(xiàn)是要靠執(zhí)行機構(gòu)來完成的，它是系統(tǒng)的最后一個也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。對于不同的應(yīng)用場合，執(zhí)行機構(gòu)可以是機電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)中的某一種。但無論是哪一種，除了其加工制造和裝配精度要嚴格保證以外，其動態(tài)特性，特別是快速性和穩(wěn)定性也十分重要，必須在設(shè)計時予以

36、足夠的重視。</p><p>　　3.機器視覺檢測的典型應(yīng)用</p><p>　　在當前國際、國內(nèi)市場競爭激烈的環(huán)境中, 如何提高產(chǎn)品質(zhì)量, 降低生產(chǎn)成本已成為企業(yè)面臨的重要課題。作為企業(yè)生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)的產(chǎn)品檢測也愈來愈受到重視。傳統(tǒng)的檢測工作通常是由人工來完成, 不僅工作量大, 而且往往容易受到檢測人員主觀因素的影響, 因而不能夠保證檢測的效率與精度。以圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)的機器視覺技術(shù)是一

37、種有效的解決手段。簡單來說, 機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺檢測是非接觸無損檢測, 與傳統(tǒng)的檢測手段相比, 它具有不可替代的優(yōu)越性。機器視覺特別適用于大批量生產(chǎn)過程中的測量、檢查和識別, 常見的應(yīng)用行業(yè)包括汽車、電子與電氣、制藥、食品、飲料、包裝等[6]。</p><p><b>　　3.1表面缺陷</b></p><p>　　常見的工件表面缺陷主

38、要有劃痕、裂紋、孔洞、污漬等, 缺陷反映到視覺上就是與標準工件的效果不一致。以計算機為核心的檢測系統(tǒng)基本原理是先保存一幅標準工件圖像。然后在線采集待檢工件, 并不斷將待檢工件和標準工件的圖像目標進行比較, 得到缺陷圖像, 再對缺陷圖像進行特征統(tǒng)計, 就可以對工件表面質(zhì)量進行判斷。在高速生產(chǎn)線上, 由于工件在傳動過程中難免會發(fā)生平移和旋轉(zhuǎn), 比較檢測工件和標準工件圖像前必須將待檢測工件圖像的目標和標準工件圖像的目標對準, 即求出兩者的位置

39、變換參數(shù)。如果將兩幅圖像的每一個像素點都進行一一對應(yīng), 運算量將很大而難以接受。由于平移和旋轉(zhuǎn)變換時所有的像素點都是遵循同樣的變換規(guī)則,如果在圖像上選取了部分點組成點集, 通過求出這些點集的位置變換參數(shù),同樣也得到整幅圖像的變換參數(shù), 但計算量則顯著下降了。角點是圖像中目標邊緣上發(fā)生了劇烈曲率變化的一些像素點。所以以目標的角點為識別特征,應(yīng)用遺傳算法確定目標對準操作的變換參數(shù), 可以建立一個應(yīng)用機器視覺技術(shù)的工件表面質(zhì)量時實時檢測系統(tǒng)。

40、圖4[7]就是一個典型的工件表面質(zhì)量的檢測流程。</p><p>　　圖4 工件表面質(zhì)量檢測流程</p><p><b>　　3.2工件計數(shù)</b></p><p>　　工件計數(shù)是現(xiàn)在企業(yè)流水線作業(yè)需要做到的基本要求。傳統(tǒng)的人工計數(shù)和手工分離其存在的問題是工人勞動強度大，計數(shù)誤差較大。而機器視覺技術(shù)的出現(xiàn)很好的解決了上述問題。</p>

41、;<p>　　棒材在線視覺自動計數(shù)分離系統(tǒng)基于機器視覺技術(shù)，打破了傳統(tǒng)機械式和光線遮擋型光電計數(shù)的設(shè)計思路。機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺是一項綜合技術(shù)，包括數(shù)字圖像處理技術(shù)、控制技術(shù)、光源照明技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計算機軟技術(shù)、人機接口技術(shù)等。機器視覺強調(diào)實用性，能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，要有合理的性價通用的工業(yè)接口、較高的容錯能力和安全性，并具有較強的通用性和可移植性，同

42、時它更強調(diào)實時性，要求高速度和高精度。</p><p>　　整套系統(tǒng)分為2個子系統(tǒng)，即棒材自動計數(shù)系統(tǒng)和棒材自動分離系統(tǒng)。棒材自動計數(shù)系統(tǒng)采用非接觸式機器視覺技術(shù)和計算機比較控制技術(shù)，完美地實現(xiàn)了高精度計數(shù)的目的，統(tǒng)計精度可優(yōu)于0.01%；棒材自動分離系統(tǒng)由精密機械分離裝置、液壓裝置、鏈輪傳動裝置及計算機控制系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)能精確分離任意規(guī)格、任意設(shè)定支數(shù)的棒材[10]。</p><p>

43、　　4.機器視覺技術(shù)的市場現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　機器視覺自起步發(fā)展到現(xiàn)在，已有接近30年的歷史。應(yīng)該說機器視覺作為一種應(yīng)用系統(tǒng)，其功能特點是隨著工業(yè)自動化的發(fā)展而逐漸完善和發(fā)展的。</p><p>　　據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全球整個視覺市場總量大概在70億美元這個規(guī)模，并且按照每年8.8%的速度在增長。而在中國，由于工業(yè)自動化程度還沒有達到國外的先進水平，所以機器視覺在中國的應(yīng)用

44、還處于起步階段，但是隨著制造業(yè)對自動化的需求以及對生產(chǎn)質(zhì)量和管理水平的不斷提高，中國對于機器視覺的需求將會不斷上升[11]。</p><p>　　在未來的幾年內(nèi)，隨著中國加工制造業(yè)的發(fā)展，對于機器視覺的需求也逐漸增多；隨著機器視覺產(chǎn)品的增多，技術(shù)的提高，國內(nèi)機器視覺的應(yīng)用狀況將由初期的低端轉(zhuǎn)向高端。由于機器視覺的介入，自動化將朝著更智能、更快速的方向發(fā)展。另外，由于用戶的需求是多樣化的，且要求程度也不相同。那么，

45、個性化方案和服務(wù)在競爭中將日益重要，即用特殊定制的產(chǎn)品來代替標準化的產(chǎn)品也是機器視覺未來發(fā)展的一個取向。機器視覺的應(yīng)用也將進一步促進自動化技術(shù)向智能化發(fā)展。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 陳發(fā)東,張曉芳,趙寰宇,張濤,于國英. 機器視覺技術(shù)及其應(yīng)用概況[J]. 人工智能及識別技術(shù), 2007, 18(3): 1701-17

46、02.</p><p>　　[2] 唐向陽,張勇,李江有黃崗,楊松,關(guān)宏. 機器視覺關(guān)鍵技術(shù)的現(xiàn)狀及應(yīng)用展望[J]. 昆明理工大學(xué)學(xué)報: 理工版, 2004, 29(2): 37-40.</p><p>　　[3] 李樹杰. 中國機器視覺的發(fā)展趨勢[J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2010, 26(1): 37-41.</p><p>　　[4] 章煒. 機器

47、視覺技術(shù)發(fā)展及其工業(yè)應(yīng)用[J]. 紅外, 2006(1): 52-58.</p><p>　　[5] 李福建,張元培. 機器視覺系統(tǒng)組成研究[J]. 廣角, 2004,29(4): 37-40.</p><p>　　[6] 賈虹,盧炎麟,陳永清,侯偉. 基于機器視覺的加工面缺陷檢測方法[J]. 輕工機械, 2007, 25(7): 29-32.</p><p>　　

48、[7] 呂文閣,劉建群,杜建輝. 應(yīng)用機器視覺的工件表面質(zhì)量檢測[J]. 機床與液壓, 2006, 12(4): 154-156.</p><p>　　[8] Funck JW, Zhong Y, ButlerD A, et al. Image segmentartion algorit hms applied to wood defect detection[ J]. Com􀀁puters a

49、nd Electronics in Ag riculture, 2003, 41: 157-179.</p><p>　　[9] 范小濤, 夏雨人. 一種基于圖像處理的PCB檢測算法研究[ J]. 計算機工程與應(yīng)用, 2004(13): 91-92.</p><p>　　[10] 童明勝. 基于機器視覺技術(shù)的棒材自動計數(shù)分離系統(tǒng)[J]. 電氣傳動, 2010,40(1): 72-75.&l

50、t;/p><p>　　[11] 錢竟業(yè). 機器視覺的發(fā)展方向探討[J]. 新自動化, 2006,3(2): 34-38.</p><p>　　[12] Mohan M Trivedi, ChuXin Chen, Suresh B Marapane, A Vision Systerm for Robotic Inspection and Manipultion [J]. IEEE: Comput

51、er, 2009. 6: 91-97.</p><p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　機器視覺檢測實驗臺架模塊化設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p&g

52、t;　　摘要：在高度發(fā)達的信息化時代，生產(chǎn)的柔性和自動化程度是工業(yè)發(fā)展的兩個重要指標。在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。本文根據(jù)國內(nèi)外機器視覺檢測應(yīng)用的新情況和發(fā)展的新要求,在分析現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，首先了解機器視覺檢測的原理、組成部分、基本原件及其功能應(yīng)用，認識和掌握系統(tǒng)各部分的安裝結(jié)構(gòu)以及運動功能的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，最后完成機器視覺檢測系統(tǒng)的機

53、械結(jié)構(gòu)和傳動部分驅(qū)動的設(shè)計。整個設(shè)計主要分為傳輸裝置、臺架結(jié)構(gòu)、剔除裝置三個部分。傳輸裝置涉及到傳送帶、減速器等一些驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計。臺架結(jié)構(gòu)的設(shè)計是用來安裝和組合光源、鏡頭等一系列機器視覺設(shè)備。剔除裝置利用氣動原件的機械動能把不合格的產(chǎn)品從輸送帶上去除。通過對以上三個主要結(jié)構(gòu)的分析，設(shè)計出機器視覺設(shè)備的安裝方案，對整個視覺檢測平臺進行模塊化設(shè)計，實現(xiàn)表面缺陷和工件計數(shù)兩種常見的機器視覺檢測任務(wù)。</p><p>

54、　　關(guān)鍵詞：機器視覺；圖像處理；檢測；模塊化。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Abstract：In the highly developed information era, the production of flexible and automation degree is the two important inde

55、xes of industrial development. In some danger of not suitable for artificially homework working environment or artificial vision to meet requirements of the occasion, with machine visual inspection method can greatly imp

56、rove the production efficiency and production of automation. This paper according to the domestic and international machine visual inspection application of</p><p>　　Key words：Machine vision; Image processin

57、g; detection; modular.</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘 要13</b></p><p>　　Abstract15</p><p><b>　　目　錄16</b></p><p>

58、<b>　　1緒論18</b></p><p>　　1.1 機器視覺研究的背景和意義18</p><p>　　1.2 機器視覺檢測的原理和組成18</p><p>　　1.2.1 機器視覺檢測的原理18</p><p>　　1.2.2 機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分19</p><p>　　

59、1.3機器視覺未來發(fā)展趨勢21</p><p>　　1.4本課題的研究內(nèi)容22</p><p>　　2機器視覺檢測系統(tǒng)要求和方案設(shè)計23</p><p>　　2.1 機器視覺檢測的應(yīng)用種類23</p><p>　　2.2 本設(shè)計中兩種常見的機器視覺檢測任務(wù)23</p><p>　　2.2.1 表面缺陷23&

60、lt;/p><p>　　2.2.2 工件計數(shù)24</p><p>　　2.3 視覺檢測實驗臺架的系統(tǒng)要求25</p><p>　　2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的確定25</p><p>　　3傳輸裝置的總體設(shè)計26</p><p>　　3.1 傳輸裝置的選擇及其原理26</p><p>　　3.2

61、 傳輸裝置零部件的確定與選擇26</p><p>　　3.2.1 輸送部件的設(shè)計26</p><p>　　3.2.2 驅(qū)動裝置的設(shè)計及計算31</p><p>　　4機器視覺實驗臺架其他裝置設(shè)計40</p><p>　　4.1 臺架材料的選擇40</p><p>　　4.2 臺架總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計40</

62、p><p>　　4.2.1 滑桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計40</p><p>　　4.2.2 滑塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計42</p><p>　　4.2.3 滑桿和滑塊的裝配設(shè)計44</p><p>　　4.3 剔除裝置的介紹46</p><p>　　4.4 剔除裝置的設(shè)計46</p><p>　　4.4.1剔除裝

63、置的結(jié)構(gòu)設(shè)計47</p><p>　　4.4.2 氣動執(zhí)行機構(gòu)的工作原理47</p><p>　　5結(jié)論及其展望49</p><p><b>　　參考文獻50</b></p><p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。</p><p>　　附 錄錯誤!未定義書簽。</p>&l

64、t;p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1 機器視覺研究的背景和意義</p><p>　　隨著工業(yè)自動化的發(fā)展和現(xiàn)代加工工藝和制造技術(shù)不斷提高，消費者對產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性的要求越來越高。檢測作為產(chǎn)品質(zhì)量把關(guān)的重要環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中占有重要的地位。現(xiàn)代化工業(yè)對檢測方法、速度和精度提出了更高的要求，檢測的手段、精度和效率在一定程度上決定了制造

65、業(yè)乃至整個科學(xué)技術(shù)發(fā)展的水平。在現(xiàn)代工業(yè)自動化的大規(guī)模生產(chǎn)中，在產(chǎn)品制造、裝備和檢驗等環(huán)節(jié)涉及到各種各樣的檢測任務(wù)，包括尺寸的測量、外觀的檢查、標簽識別和質(zhì)量控制等。這些檢測任務(wù)涉及產(chǎn)品制造的各個方面，貫穿產(chǎn)品生產(chǎn)制造的整個過程。這些應(yīng)用過去大都是依靠工人的手工測量和人眼檢測來完成，而人工檢測存在著很大的缺點，人眼容易疲勞且具有不穩(wěn)定性，無法保證百分之百的檢測正確率。而且由于人眼的精度、速度上的限制，有些高速檢測根本無法由人工來完成。特

66、別在國外人力的勞動成本和管理成本都非常高，各種檢測應(yīng)用和任務(wù)迫切需要一種能夠代替人類視覺和手工測量的自動化檢測技術(shù)和設(shè)備，能夠和機器人技術(shù)結(jié)合，在產(chǎn)品制造整個過程中實現(xiàn)100%的工業(yè)自動化生產(chǎn)。</p><p>　　視覺檢測是計算機視覺在工業(yè)自動化生產(chǎn)上的應(yīng)用，能夠有效的提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和檢測精度，是工業(yè)生產(chǎn)自動化智能檢測的有效手段。機器視覺檢測通過結(jié)合計算機、光學(xué)與自動化設(shè)備等，將計算機視覺、圖像處理等理

67、論和方法應(yīng)用到實際生產(chǎn)中去，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化和智能化。機器視覺技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，極大的解放了人類勞動力，提高了工業(yè)生產(chǎn)自動化水平，改善了人類生活現(xiàn)狀，具有極為廣闊的應(yīng)用前景[1]。</p><p>　　1.2 機器視覺檢測的原理和組成</p><p>　　機器視覺檢測是計算機學(xué)科的一個重要分支，它綜合了機械、光學(xué)、電子、計算機軟硬件等方面的技術(shù)，涉及到圖像處理、模式識別、人工智能、信號

68、處理、光機電一體化等多個領(lǐng)域。發(fā)展至今，已經(jīng)有20多年的歷史，其功能以及應(yīng)用范圍隨著工業(yè)自動化的發(fā)展不斷完善和推廣。下面來介紹一下其原理和組成。</p><p>　　1.2.1 機器視覺檢測的原理</p><p>　　一個典型的工業(yè)機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括光源、光學(xué)系統(tǒng)、圖像捕捉系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機械執(zhí)行模塊，（如圖1-1所示）[2]。</p>

69、;<p>　　圖1-1 典型機器視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　完整的機器視覺系統(tǒng)的主要工作過程如下[3,4]：</p><p>　?。?）工件定位檢測器探測到物體已經(jīng)運動至接近攝像系統(tǒng)的視野中，向圖像采集部分發(fā)送觸發(fā)脈沖。</p><p>　?。?）圖像采集部分按照事先設(shè)定的程序和延時，分別向攝像機和照明系統(tǒng)發(fā)出啟動脈沖。</p>&

70、lt;p>　?。?）攝像機停止目前的掃描，重新開始新的一幀掃描，或者攝像機在啟動脈沖來到之前處于等待狀態(tài)，啟動脈沖到來后啟動一幀掃描。</p><p>　?。?）攝像機開始新的一幀掃描之前打開曝光機構(gòu)，曝光時間可以事先設(shè)定。</p><p>　?。?）另一個啟動脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時間應(yīng)該與攝像機的曝光時間匹配。</p><p>　　（6）攝像機曝光后

71、，正式開始一幀圖像的掃描和輸出。</p><p>　　（7）圖像采集部分接收模擬視頻信號通過A/D 將其數(shù)字化，或者是直接接收攝像機數(shù)字化后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）圖像采集部分將數(shù)字圖像存放在處理器或計算機的內(nèi)存中。</p><p>　?。?）處理器對圖像進行處理、分析、識別，獲得測量結(jié)果或邏輯控制值。</p><p>　

72、　（10）處理結(jié)果控制流水線的動作、進行定位、糾正運動的誤差等。從上述的工作流程可以看出，機器視覺是一種比較復(fù)雜的系統(tǒng)。因為大多數(shù)系統(tǒng)監(jiān)控對象都是運動物體，系統(tǒng)與運動物體的匹配和協(xié)調(diào)動作尤為重要，所以給系統(tǒng)各部分的動作時間和處理速度帶來了嚴格的要求[5]。</p><p>　　1.2.2 機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分</p><p>　　在一個典型的機器視覺系統(tǒng)中，關(guān)鍵組成部分有光源照明、光

73、學(xué)鏡頭、攝像機、圖像采集卡、圖像處理卡等幾個方面。</p><p><b>　?。?）光源</b></p><p>　　在機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中，好的光源與照明方案往往是整個系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，起著非常重要的作用，它并不是簡單的照亮物體而已。在機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中一般使用透射光和反射光。 對于反射光情況應(yīng)充分考慮光源和光學(xué)鏡頭的相對位置、物體表面的紋理，物體的幾何形狀、背景等要

74、素。光源的選擇必須符合所需的幾何形狀、照明亮度、均勻度、發(fā)光的光譜特性等，同時還要考慮光源的發(fā)光效率和使用壽命。表1列出了幾種主要光源的相關(guān)特性[6]。</p><p><b>　　表1 各種光源對比</b></p><p>　　在光源方面值得注意的是，LED光源因其顯色性好，光譜范圍寬，能覆蓋可見光的整個范圍，且發(fā)光強度高，穩(wěn)定時間長，隨著其制造工藝和技術(shù)的成熟，價

75、格的降低，它必將得到越來越廣泛的應(yīng)用，成為圖像領(lǐng)域新的亮點。還有高頻熒光燈因其發(fā)光強度，性價比好，在某些應(yīng)用場合也是很好的選擇[7]。</p><p><b>　?。?）光學(xué)鏡頭</b></p><p>　　光學(xué)鏡頭相當于人眼的晶狀體，在機器視覺系統(tǒng)中非常重要。一個鏡頭的成像質(zhì)量優(yōu)劣，即其對像差校正的優(yōu)良與否，可通過像差大小來衡量，對定焦鏡頭和變焦鏡頭來講，同一檔次的

76、定焦鏡頭的像差肯定比變焦鏡頭的小，因為變焦鏡頭必須折衷考慮，使各種不同焦距下的成像質(zhì)量都相對較好，不允許出現(xiàn)某個焦距(在變焦范圍內(nèi))下很差的情況。所以在機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中，根據(jù)被測目標的狀態(tài)應(yīng)優(yōu)先選用定焦鏡頭。此外再綜合考慮圖像的放大倍率、視場大小、光圈大小、焦距、視角大小等因素進行具體選擇[8,9]。</p><p>　?。?）攝像機和圖像采集卡</p><p>　　攝像機和圖像采集卡共

77、同完成對物料圖像的采集與數(shù)字化。高質(zhì)量的圖像信息是系統(tǒng)正確判斷和決策的原始依據(jù)，是整個系統(tǒng)成功與否的又一關(guān)鍵所在。目前在機器視覺系統(tǒng)中，CCD攝像機以其體積小巧、性能可靠、清晰度高等優(yōu)點得到了廣泛使用。CCD攝像機按照其使用的CCD器件可以分為線陣式和面陣式兩大類。線陣CCD攝像機一次只能獲得圖像的一行信息，被拍攝的物體必須以直線形式從攝像機前移過，才能獲得完整的圖像，因此非常適合對以一定速度勻速運動的物料流的圖像檢測；而面陣CCD攝像

78、機則可以一次獲得整幅圖像的信息[10,11]。</p><p>　　目前，圖像采集卡種類很多，按照不同的分類方法，有黑白圖像和彩色圖像采集卡，有模擬信號和數(shù)字信號采集卡，有復(fù)合信號和RGB分量信號輸入采集卡[12]。在選擇圖像采集卡時，主要應(yīng)考慮到系統(tǒng)的功能需求、圖像的采集精度和與攝像機輸出信號的匹配等因素[13]。</p><p><b>　?。?）圖像處理軟件</b&g

79、t;</p><p>　　圖像處理軟件好比人的大腦，它包括圖像增強、數(shù)據(jù)編碼和傳輸、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識別與理解等算法內(nèi)容，有些具有數(shù)據(jù)庫記錄和網(wǎng)絡(luò)通信功能，通過數(shù)字I/O板通信和記錄數(shù)據(jù)，加上一定的判據(jù)或圖像處理算法區(qū)分優(yōu)劣部件來實現(xiàn)機器視覺系統(tǒng)質(zhì)量檢測的總目標[14,15]?，F(xiàn)在著名的圖像處理軟件產(chǎn)品有美國DT公司DTVF，美國NI公司Labview、OpenCV、Evision，加拿大Co

80、reco公司W(wǎng)it、IFC等等[16]。</p><p>　　1.3機器視覺未來發(fā)展趨勢</p><p>　　在機器視覺賴以普及發(fā)展的諸多因素中，有技術(shù)層面的，也有商業(yè)層面的，但制造業(yè)的需求是決定性的。制造業(yè)的發(fā)展，帶來了對機器視覺需求的提升；也決定了機器視覺將由過去單純的采集、分析、傳遞數(shù)據(jù)，判斷動作，逐漸朝著開放性的方向發(fā)展，這一趨勢也預(yù)示著機器視覺將與自動化更進一步的融合。未來，中國

81、機器視覺發(fā)展主要表現(xiàn)為以下一些特性[17,18]：</p><p>　?。?）隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展對機器視覺的需求將呈上升趨勢。</p><p>　?。?）統(tǒng)一開放的標準是機器視覺發(fā)展的原動力。</p><p>　?。?）基于嵌入式的產(chǎn)品將取代板卡式產(chǎn)品。</p><p>　?。?）標準化、一體化解決方案也將是機器視覺的必經(jīng)之路。</p&g

82、t;<p>　　在未來的幾年內(nèi)，隨著中國加工制造業(yè)的發(fā)展，對于機器視覺的需求也逐漸增多；隨著機器視覺產(chǎn)品的增多，技術(shù)的提高，國內(nèi)機器視覺的應(yīng)用狀況將由初期的低端轉(zhuǎn)向高端[19]。另外，由于用戶的需求是多樣化的，且要求程度也不相同。那么，個性化方案和服務(wù)在競爭中將日益重要，即用特殊定制的產(chǎn)品來代替標準化的產(chǎn)品也是機器視覺未來發(fā)展的一個取向。</p><p>　　1.4本課題的研究內(nèi)容</p>

83、;<p>　　在本畢業(yè)設(shè)計中需要完成的是一項機械結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計內(nèi)容，其包括實施方案的確定與零部件、材料等零部件圖紙的確定與繪制。所作具體研究工作內(nèi)容如下：</p><p>　　在分析現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，確定表面缺陷和工件計數(shù)兩種常見的機器視覺檢測任務(wù)的實現(xiàn)方法，針對機器視覺檢測的市場需求，結(jié)合課題的專業(yè)知識，分別從傳動機構(gòu)、部件安裝臺架、次品剔除裝置等三個方面進行研究。</p>

84、<p>　　結(jié)合該畢業(yè)設(shè)計最終需要完成的目標指數(shù)，計算和選擇各電機的參數(shù)、大小等和確定各重要零部件的尺寸、材料以及選擇的設(shè)計方案。對畢業(yè)設(shè)計進行客觀的總結(jié)，把理論與設(shè)計系統(tǒng)化，加以鞏固。其實施方案圖如圖1-2所示：</p><p>　　圖1-2 項目實施方案圖</p><p>　　2機器視覺檢測系統(tǒng)要求和方案設(shè)計</p><p>　　2.1 機器視覺檢測

85、的應(yīng)用種類</p><p>　　視覺檢測作為一種高效率、高精度、非接觸的自動化檢測方法，在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在飲料、藥品、食品、紡織、印刷、包裝、半導(dǎo)體等行業(yè)的自動化生產(chǎn)線上的工業(yè)檢測中得到了大量應(yīng)用。</p><p>　　尺寸測量及形狀檢測是根據(jù)圖像測量物體的尺寸，判斷其是否在允許的公差</p><p>　　范圍內(nèi)，對物體的姿態(tài)進行定位或者檢測物體

86、的形狀是否符合要求等。在尺寸測</p><p>　　量及形狀檢測應(yīng)用中，Jimenez提出利用形狀識別算法識別樹上的果實，并利用激光測距來定位果實位置，實現(xiàn)果實自動收獲[20]。</p><p>　　表面質(zhì)量檢測也是機器視覺檢測的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，是檢測物體或者產(chǎn)品</p><p>　　表面是否有刮痕、破損，磨損等缺陷，是否達到拋光精度，具有正確的紋理等。</

87、p><p>　　在表面質(zhì)量檢測應(yīng)用中，Bahlmann利用自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對縫合紡織品的接縫質(zhì)量進行了自動檢測。Smith提出利用圖像分割方法根據(jù)缺陷的特征進行表面檢測的方法[21]，Tsai利用類似的方法并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，研究對機加工后零件表面的粗糙度進行檢測評估的方法[22]，Tsai對表面檢測方法進行深入研究，提出了對于木材、紡織品等具有方向性紋理的表面進行缺陷檢測的方法[23]。</p><p

88、>　　結(jié)構(gòu)完整性檢測是驗證產(chǎn)品的組成部件是否完整，裝配有無遺漏，或者是尺</p><p>　　寸結(jié)構(gòu)是否完整和有無異物等。Cootes在文獻[24]中提出了PCB元件裝配中結(jié)構(gòu)完整性質(zhì)量的檢測方法，利用訓(xùn)練集建立物體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計模型，采用多分辨率搜索的策略在圖像中定位物體。</p><p>　　操作質(zhì)量檢測是驗證是否根據(jù)正確的制造流程或標準對被測產(chǎn)品進行了準確的操作。文獻[25提出利用

89、機器視覺技術(shù)進行激光焊接的檢測方法，利用圖像捕捉焊縫的圖像，計算出焊接的軌跡和間隙大小，控制激光焊接頭進行自動的焊接。</p><p>　　2.2 本設(shè)計中兩種常見的機器視覺檢測任務(wù)</p><p>　　本設(shè)計主要為了實現(xiàn)表面缺陷和工件計數(shù)兩種常見的機器視覺檢測任務(wù)，所以先對這兩種機器視覺中常見的檢測任務(wù)做一下介紹。</p><p>　　2.2.1 表面缺陷<

90、/p><p>　　常見的工件表面缺陷主要有劃痕、裂紋、孔洞、污漬等, 缺陷反映到視覺上就是與標準工件的效果不一致。以計算機為核心的檢測系統(tǒng)基本原理是先保存一幅標準工件圖像。然后在線采集待檢工件, 并不斷將待檢工件和標準工件的圖像目標進行比較，得到缺陷圖像，再對缺陷圖像進行特征統(tǒng)計, 就可以對工件表面質(zhì)量進行判斷。在高速生產(chǎn)線上，由于工件在傳動過程中難免會發(fā)生平移和旋轉(zhuǎn),比較檢測工件和標準工件圖像前必須將待檢測工件圖像

91、的目標和標準工件圖像的目標對準,即求出兩者的位置變換參數(shù)。如果將兩幅圖像的每一個像素點都進行一一對應(yīng),運算量將很大而難以接受。由于平移和旋轉(zhuǎn)變換時所有的像素點都是遵循同樣的變換規(guī)則,如果在圖像上選取了部分點組成點集，通過求出這些點集的位置變換參數(shù),同樣也得到整幅圖像的變換參數(shù), 但計算量則顯著下降了。角點是圖像中目標邊緣上發(fā)生了劇烈曲率變化的一些像素點。所以以目標的角點為識別特征，應(yīng)用遺傳算法確定目標對準操作的變換參數(shù),可以建立一個應(yīng)用

92、機器視覺技術(shù)的工件表面質(zhì)量時實時檢測系統(tǒng)。(如圖2-1)就是一個典型的工件表面質(zhì)量的檢測流程。</p><p>　　圖2-1工件表面質(zhì)量檢測流程</p><p>　　2.2.2 工件計數(shù)</p><p>　　工件計數(shù)是現(xiàn)在企業(yè)流水線作業(yè)需要做到的基本要求。傳統(tǒng)的人工計數(shù)和手工分離其存在的問題是工人勞動強度大，計數(shù)誤差較大。而機器視覺技術(shù)的出現(xiàn)很好的解決了上述問題[2

93、6]。</p><p>　　以棒材為例，棒材在線視覺自動計數(shù)分離系統(tǒng)基于機器視覺技術(shù)，打破了傳統(tǒng)機械式和光線遮擋型光電計數(shù)的設(shè)計思路。機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺強調(diào)實用性，能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，要有合理的性價通用的工業(yè)接口、較高的容錯能力和安全性，并具有較強的通用性和可移植性，同時它更強調(diào)實時性，要求高速度和高精度[27]。</p><p>　　整套系統(tǒng)分為兩

94、個子系統(tǒng)，即棒材自動計數(shù)系統(tǒng)和棒材自動分離系統(tǒng)。棒材自動計數(shù)系統(tǒng)采用非接觸式機器視覺技術(shù)和計算機比較控制技術(shù)，完美地實現(xiàn)了高精度計數(shù)的目的，統(tǒng)計精度可優(yōu)于0.01%；棒材自動分離系統(tǒng)由精密機械分離裝置、液壓裝置、鏈輪傳動裝置及計算機控制系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)能精確分離任意規(guī)格、任意設(shè)定支數(shù)的棒材[28,29]。</p><p>　　2.3 視覺檢測實驗臺架的系統(tǒng)要求</p><p>　　由于要完

95、成以上兩個視覺檢測任務(wù)，所以對機器視覺系統(tǒng)和實驗臺架提出了一定的要求。表面缺陷和工件計數(shù)都屬于機器視覺檢測，所以在檢測的設(shè)備系統(tǒng)中光源、鏡頭、相機、圖像處理卡等這些基本的機器視覺系統(tǒng)的組成是必不可少的。在實驗臺架的設(shè)計上，也應(yīng)該盡可能的滿足設(shè)備安裝的要求。對于不同體積、不同材質(zhì)的檢測產(chǎn)品，光源、相機等安裝的位置會不同，這就要求實驗臺架能對設(shè)備在不同的位置進行定位。對于傳送機構(gòu)，設(shè)計中也應(yīng)考慮到產(chǎn)品在流水線上的檢測速度，在理論計算和實際操

96、作的結(jié)合下，對傳送機構(gòu)進行設(shè)計。</p><p>　　從機器視覺系統(tǒng)的組成可以看出，機器視覺檢測一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要根據(jù)具體的應(yīng)用情況，設(shè)計和選擇合適的光源、攝像機和圖像處理器等硬件備，才能夠研究和開發(fā)出滿足實際應(yīng)用需求和具有合理性價比的機器視覺檢測系統(tǒng)。</p><p>　　2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的確定</p><p>　　機器視覺檢測實驗臺架，其包括底座，端面

97、支撐板，電機，電機支座，彈性柱銷齒式連軸器，深溝球軸承，軸承擋圈，滑塊，軸承座，軸承端蓋，托輥，傳動滾筒，改向滾筒，傳送膠帶，調(diào)節(jié)螺母，螺釘，彈簧，螺栓，高氏支腿，支撐板，螺旋拉緊裝置，空段清掃器以及控制裝置等。下文將其結(jié)構(gòu)分成傳輸裝置、機器視覺實驗臺架其他裝置這兩部分內(nèi)容進行研究說明。</p><p>　　3傳輸裝置的總體設(shè)計</p><p>　　3.1 傳輸裝置的選擇及其原理</

98、p><p>　　該部分的研究設(shè)計是整個裝置的重點，也是整個裝置穩(wěn)定完成的首要保證。在整個檢測平臺中，我選用帶式輸送機作為整個設(shè)計的傳輸裝置。(如圖3-1)就是典型的工業(yè)用帶式輸送機。</p><p>　　圖3-1典型的帶式輸送帶</p><p>　　帶式輸送機是一種摩擦驅(qū)動以連續(xù)方式運輸物件的機械。應(yīng)用它，可以將物件在一定的輸送線上，從最初的下物點到最終的卸物點間形成一

99、種物件的輸送流程。它既可以進行碎散物料的輸送，也可以進行成件物品的輸送。除進行純粹的物料輸送外，還可以與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過程的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運輸線。所以帶式輸送機廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中。</p><p>　　該傳動機構(gòu)是由輸送帶、驅(qū)動裝置、托輥、機架、清掃器、拉緊裝置和制動裝置等組成。輸送繞經(jīng)驅(qū)動滾筒和尾部改向滾筒形成無極的環(huán)形封閉帶。上、下雨股輸送帶分別支承在上托輥和下托輥

100、上。拉緊裝置保證輸送帶正常運轉(zhuǎn)所需的張緊力。工作時，驅(qū)動滾筒通過摩擦力驅(qū)動輸送帶運行。物料裝在輸送帶上與輸送帶一同運動。通常利用上股輸送帶運送物料，并在輸送帶繞過機頭滾筒改變方向時卸載。必要時，可利用專門的卸載裝置在輸送機中部任意點進行卸載。</p><p>　　3.2 傳輸裝置零部件的確定與選擇</p><p>　　3.2.1 輸送部件的設(shè)計</p><p>&l

101、t;b>　?。?）輸送帶</b></p><p>　　輸送帶是輸送機中最昂貴、耐久性最差的部件，在輸送機運轉(zhuǎn)過程中，輸送帶受到各種不同性質(zhì)和大小的裁荷作用，處在極復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下。輸送帶最典型的損壞形式有：工作面層和邊緣磨損；受大塊礦巖沖擊作用引起擊穿、撕裂和剝離；芯體通過短笛和托輥組受反復(fù)彎曲應(yīng)力引起疲勞；在環(huán)境介質(zhì)作用下，引起強度指標降低和老化等等。計算表明，輸送帶的費用約占輸送機全部設(shè)備費

102、用的一半。因此，根據(jù)輸送機的使用條件；選擇合適的輸送帶，并在運行中加強維護管理，延長其使用壽命，對提高輸送機工作效率，降低輸送機生產(chǎn)成本具有重要意義。</p><p>　　在選用輸送帶時，根據(jù)《運輸機械設(shè)計手冊》中輸送帶覆蓋膠質(zhì)量表可知，II類輸送帶的覆蓋膠采用天然橡膠與合成橡膠的混合物或各種合成橡膠的混合物制成。這類輸送帶的覆蓋膠具有良好的耐磨性，且設(shè)計要求檢測的是常規(guī)物件，不需要抗切割性和抗鑿蝕性所以選用II

103、類輸送帶。</p><p>　　根據(jù)實際情況帶寬選擇為280mm。</p><p><b>　　（2）滾筒</b></p><p>　　滾筒可分驅(qū)動滾筒和改向滾筒兩種。驅(qū)動滾筒的作用是通過筒面和帶面之間的摩擦驅(qū)動使輸送帶運動，同時改變輸送帶的運動方向。只改變輸送帶運動方向而不傳遞動力稱為改向滾筒。滾筒又分鋼板焊接滾筒和鑄造滾筒。</p&g

104、t;<p>　　驅(qū)動滾筒是傳遞動力的主要部件。為了傳遞必要的牽引力，輸送帶與滾筒間必須具有足夠的摩擦力。根據(jù)摩擦傳動的理論，在設(shè)計或選擇驅(qū)動裝置時，可采用增加輸送帶與驅(qū)動滾筒問的摩擦和圍包角的方法來保證獲得必要的牽引力。采用單滾筒驅(qū)動時；圍包角可達180°-240°；當采用雙滾筒驅(qū)動時，圍包角為360°-480°左右。用雙滾筒傳動能大大提高輸送機的牽引力，所以常常被采用，尤其是當運輸

105、長度比較長時，一般采用雙滾筒驅(qū)動。</p><p><b>　　滾筒各參數(shù)設(shè)計：</b></p><p><b>　　1、滾筒寬度的確定</b></p><p>　　滾筒的寬度決定于帶寬，他們之間的關(guān)系根據(jù)膠帶和滾筒寬度配合表[30]，所以帶寬選擇滾筒寬為300 mm。</p><p>　　2、滾筒

106、直徑的確定 </p><p>　　同樣根據(jù)帶寬B與驅(qū)動滾筒標準直徑的關(guān)系[30]，可得查出滾筒的直徑D=80 mm。</p><p>　　本傳送機構(gòu)包括三個改向滾筒兩個為90度改向 一個為180度改向。同樣根據(jù)驅(qū)動滾筒和改向滾筒直徑的關(guān)系[30]，查出180度改向滾筒直徑D=80 mm，90度改向滾筒直徑D=70mm。</p><p><b>　?。?）托

107、輥</b></p><p>　　托輥是帶式輸送機的輸送帶及貨載的支承裝置。托輥隨輸送帶的運行而轉(zhuǎn)動，以減小輸送機的運行阻力。托輥質(zhì)量的好壞取決帶式輸送機的使用效果，特別是輸送帶的使用壽命。而托輥的維修費用成為帶式輸送機運營費用的重要組成部分。托輥多由無縫鋼管制成。托輥輥子直徑與輸送帶寬度有關(guān)。本設(shè)計帶寬為280mm，托輥直徑選為51 mm。</p><p>　　首先確定托輥軸，

108、軸的連接部分直徑選為D=13mm，長為24mm，中間部分直徑選為D=15mm，長為53mm?？傞L為101mm。(如圖3-2)所示。</p><p><b>　　圖3-2托輥軸結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)所設(shè)計的托輥軸，使用深溝球軸承6326，以及軸承端蓋等轉(zhuǎn)配成一個直徑為51mm，長為300mm的托輥。(如圖3-3)所示。</p><p&