ICF冷冻靶半腔对接在线检测技术研究

摘要

惯性约束核聚变是人类目前进行可控核聚变研究的重要方向，因为其与核裂变相比几乎不产生具有放射性的废料，是一种清洁的能源，而且其原料储量丰富，所以也是人类解决目前的能源问题和环境问题的重要方法。目前，激光惯性约束核聚变是惯性约束核聚变研究的热点，在人工可控惯性约束核聚变的技术研究中，ICF冷冻靶的装配技术是一大难点。ICF冷冻靶是由多个微小零件组成的，其结构比较复杂，尺寸极小而且材料容易变形破碎，对装配精度要求很高，因此很难用传统方法进行装配和检测。在深入的调研国内外ICF冷冻靶装配的相关技术后，结合ICF冷冻靶的特点以及装配时的精度要求，本文设计了基于机器视觉的在线检测系统，并研制了一套ICF冷冻靶半腔对接在线检测系统。
　　因ICF冷冻靶的装配空间狭小，本文设计的基于机器视觉的在线检测系统采用的是单路视觉，利用多个光学反射镜实现对ICF冷冻靶上路、侧路以及下路的多维视觉检测。在总体设计思路的基础之上，完成了成像系统、电气系统、机械系统、软件系统的设计，并完成全系统调试与集成。
　　针对ICF冷冻靶图像的特点，本文对ICF冷冻靶图像处理的技术进行了深入研究，主要包括：研究图像的点运算，利用灰度的线性变换和直方图均衡化技术来增加图像的对比度；研究图像分割算法，利用图像的阈值分割对图像的目标区域和背景区域进行粗略分割，利用Canny边缘检测算子获取图像的精准边缘点与轮廓；研究图像的几何变换，利用图像的旋转技术改变因系统设计的原因ICF冷冻靶侧路图像不垂直的现状，对ICF冷冻靶的原始图像进行逆时针45°的旋转；研究轮廓识别技术，利用Hough变换实现对ICF冷冻靶图像直线与圆的检测；研究亚像素细分定位算法，实现边缘的精准定位。
　　最后对ICF冷冻靶半腔对接在线检测的实验数据进行了分析，得出的最后实验结果为：在装配时ICF冷冻靶的上下半腔角度位置检测精度优于0.1°，线性相对位置检测精度优于2μm，均优于设计指标要求。

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第1章绪 论

1.1 课题背景及来源

1.2 研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章ICF靶半腔对接在线检测系统设计方案

2.1 引言

2.2 ICF靶的特点

2.3 ICF靶半腔对接系统技术指标

2.4 ICF靶半腔对接系统的设计

2.5 系统的集成

2.6 本章小结

第3章 ICF靶半腔对接图像处理技术研究

3.1 引言

3.2 图像的点运算

3.3 图像分割算法

3.4 图像的旋转

3.5 Hough变换

3.6 亚像素细分算法

3.7 本章小结

第4章ICF靶半腔对接实验研究与精度分析

4.1 引言

4.2 像素当量标定实验

4.3 ICF靶半腔对接实验

4.4 系统精度分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢