基于机器视觉的双尖灯泡检测系统研发

摘要

双尖灯泡作为汽车照明系统的必须设备品，主要用于车内阅读、足下、牌照、尾箱等的照明。随着汽车工业的空前发展，双尖灯泡的需求量也平稳快速的增长。为了提高市场竞争力，制造商在出货前都需对双尖灯泡质量进行检测，检测项包含灯丝是否同轴和铜头焊点质量是否合格。目前大多企业对此类产品的检测主要靠人工目测方法来完成，然而该方法工作量大，不仅耗时费力，而且检测出的产品质量一致性差。机器视觉作为一个发展十分迅速的学科，其最大优点是信息量大、非接触、速度快、误差小、功能多，在很多领域替代了人工检测，同时提升了企业生产自动化水平。本文以双尖灯泡为研究对象，利用机器视觉技术知识，对双尖灯泡检测算法与技术进行了研究，并通过VISUAL C++编程技术开发了一套适用于灯泡检测的系统软件。全文研究内容包括:
　　1)根据双尖灯泡特性及检测需求，对双尖灯泡检测系统进行整体概述，并详细介绍系统硬件组成和选型原则。最终选择合适的相机、镜头、光源、采集卡等硬件，搭建了实验平台。
　　2)对双尖灯泡检测中用到的数字图像关键技术进行了研究，包括图像预处理技术、阈值分割技术、图像形态学处理技术、边缘检测技术等。通过对不同图像算法优缺点的分析，选择3×3中值滤波对灯泡图像进行去噪处理，采用均谷加权分割算法和二值图像形态分割法提取目标区域。着重论述了边缘检测技术，为了提高检测精度，在传统像素级Sobel算子粗定位边缘的基础上，再次利用高斯曲线拟合插值的方法精确定位边缘使其达到亚像素级，接着使用基于最小二乘法拟合直线算法拟合边缘。最后设计了灯丝同轴度判定算法和焊点质量检测算法。
　　3)摄像机标定在机器视觉应用中是不容被忽视的环节，标定算法的稳定性及精度可靠性直接影响后续精确测量。本文首先对非线性摄像机模型进行学习研究，然后采用基于HALCON摄像机标定技术求得相机内外参数，该方法求解精度高，平均均方误差为0.239546个像素，能够满足实际测量需求。
　　4)双尖灯泡软件系统开发，以软件模块化设计思想将检测系统分为采集模块、标定模块、图像处理模块、图像识别模块、输出显示模块，并给出了检测流程图。在VS2012开发平台上，利用HALCON平台强大的图像处理工具与Visual C++联合编程，初步开发了一套适用于灯泡检测的软件。将已开发完成的检测软件对灯泡进行检测，达到比较好的检测效果，对后续的灯泡自动化质量检测有一定参考价值。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 机器视觉应用与图像技术

1．3 国内外应用和研究现状

1．4 论文主要内容及章节安排

1．4．1 论文主要内容

1．4．2 章节安排

第二章 双尖灯泡视觉检测系统总体方案及硬件选型

2．1 双尖灯泡检测系统的基本组成

2．2 双尖灯泡检测系统的硬件选型

2．2．1 工业相机选型

2．2．2 相机镜头选型

2．2．3 系统光源选型

2．2．4 工控机及图像采集卡选型

2．3 双尖灯泡检测系统方案设计

2．4 本章小结

第三章 双尖灯泡检测系统的关键图像处理技术

3．1 双尖灯泡灯丝同轴检测

3．1．1 图像噪声的平滑

3．1．2 阈值分割算法

3．1．3 基于顺序扫描的二值图像连通标记算法

3．1．4 灯丝ROI区域定位

3．1．5 二值图像形态学处理

3．1．6 基于最大圆盘的灯丝骨架提取算法

3．1．7 边缘检测

3．1．8 双尖灯泡灯丝同轴判定策略

3．2 双尖灯泡铜头焊点检测

3．2．1 焊点图像获取

3．2．2 焊点边缘提取

3．2．3 图像特征识别方法

3．2．4 焊点质量判定策略

3．3 本章小结

第四章 基于HALCON的检测系统标定

4．1 摄像机透视投影模型

4．2 基于HALCON的摄像机标定技术

4．2．1 标定板选取

4．2．2 标定图像采集

4．2．3 摄像机标定算法实现

4．2．4 误差分析及标定结果

4．2．5 标定比例计算

4．3 本章小结

第五章 基于机器视觉的双尖灯泡在线检测系统实现

5．1 双尖灯泡系统检测流程

5．1．1 双尖灯泡灯丝同轴检测流程

5．1．2 双尖灯泡灯尖焊点质量检测流程

5．2 人机交互界面设计与功能介绍

5．3 实验结果及分析

5．3．1 实验结果

5．3．2 重复性精度分析

5．4 误差分析

5．5 本章小结

总结与展望

1．总结

2．展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文及申请的专利

声明

致谢