激光陀螺腔体抖动轮自动装配系统关键技术研究

摘要

激光陀螺作为现代最主要一类导航仪器已成为衡量国家光学技术水平的重要标志。振动系统作为激光陀螺的核心部件，其主体由陀螺腔体与抖动轮装配而成，目前主要采用人工装配方式，具有废品率高、装配效率低、涂胶不均等缺点。因此，本文提出了一种基于显微图像拼接的大尺寸高精度轴孔装配方法，实现陀螺腔体与抖动轮的装配，并研制陀螺腔体抖动轮自动装配系统。
　　自动装配系统设计方面，由人工装配特点，分析自动装配系统功能需求，确定总体装配方案。基于制定的装配策略完成系统空间布局、结构设计及搭建，并分析陀螺腔体部件、抖动轮部件、显微视觉检测部件中夹具、操纵机构及相关功能机构的设计原理。同时，针对陀螺腔体夹紧力及装配轴垂直度误差进行设计计算，指导装配进程中参数控制。
　　显微视觉检测方面，以陀螺腔体为检测对象，基于显微视觉闭环系统，串联Z向两步长不同的运动平台实现快速调焦，获取清晰轮廓图像。研究基于SURF与模板匹配的全景轮廓图像拼接算法，完成陀螺腔体边缘轮廓的拼接，为实验分析奠定了理论基础。通过中值滤波滤除了噪声，且保留了完整的边缘轮廓，并利用Canny算子提取完整圆轮廓。为去除全景轮廓图像中的拼接痕迹与残留噪声，设计了兴趣区域模板，并运用逻辑运算限定了图像处理区域，根据轮廓长度阈值实现轮廓筛选，提高了处理效率。提取筛选后的轮廓点集，利用最小二乘法拟合椭圆，得到基于像素度量的轮廓特征。且为实现自动装配系统的度量统一，通过标定得到脉冲、像素数、长度单位间的换算关系。
　　控制系统设计与实验方面，对陀螺腔体抖动轮硬件与软件控制系统进行模块化设计，便于系统的调试维护及模块拓展，利用VC++编译平台建立人机交互二级界面，实现对电机驱动、I/O输出、视觉检测、图像处理等功能模块的上位机控制。针对图像拼接关键技术，分别从拼接速度与算法适用性角度进行了SURF与模板匹配算子的对比实验，同时对部分与完整轮廓图像拼接结果进行对比分析，以获取最佳拼接策略。最后利用自动装配系统进行了陀螺腔体与抖动轮装配实验，对装配时间记录并对装配结果进行检测与误差分析，结果表明，陀螺腔体抖动轮自动装配系统能够满足装配同心度精度要求，且相对手工装配提高了装配效率。

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第1章 绪 论

1.1课题的研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

第2章 激光陀螺腔体抖动轮自动装配系统建立

2.1引言

2.2陀螺腔体抖动轮装配方案设计

2.3陀螺腔体部件机构设计

2.4抖动轮部件机构设计

2.5显微视觉检测部件机构设计

2.6本章小结

第3章 激光陀螺腔体抖动轮显微视觉检测技术

3.1引言

3.2清晰图像的获取

3.3陀螺腔体显微轮廓图像拼接

3.4图像滤波

3.5陀螺腔体圆轮廓边缘检测

3.6兴趣区域设计及轮廓拾取

3.7目标圆轮廓椭圆拟合

3.8尺寸标定

3.9本章小结

第4章 激光陀螺腔体抖动轮控制系统设计与实验

4.1引言

4.2控制系统设计

4.3 SURF算子与模板匹配算子图像拼接对比实验

4.4部分轮廓与完整轮廓图像拼接结果对比实验

4.5陀螺腔体抖动轮自动装配实验

4.6本章小结

结论

参考文献

声明

致谢