轴类锻件直径尺寸嵌入式在线测量系统研究

摘要

轴类锻件是机器设备的关键部件，全面提高轴类锻件的尺寸精度和成品率能产生较大的经济效益。轴类锻件一般采用自由锻造的方法进行加工，在加工过程中锻件的直径尺寸是决定合理锻压力、压下量、锻打次数等工艺参数的重要依据，实时准确掌握轴类锻件的直径尺寸对于获得最终所需锻件尺寸、节约生产能源、避免材料浪费均意义重大，目前我国锻件直径尺寸仍主要采用人工测量方式。
　　本文在现有的研究基础上开发了一套针对轴类锻件直径尺寸进行在线测量的嵌入式系统，实现测量过程全自动化。主要工作如下：
　　（1）针对现有锻件尺寸测量技术的缺陷，设计了一套综合激光测距原理和CCD计算机视觉技术的在线测量系统。该系统由激光测距传感器检测锻件上下边缘，位移传感器测量上下边缘之间的距离值，工业相机自动采集、处理上下边缘的图像信息以达到尺寸精度修正目的，最终获得锻件的实际直径尺寸。
　　（2）设计了系统的机械结构和选择了主要零部件的型号，能够保证该系统满足尺寸在700mm以下的小型锻件的直径测量。通过计算：当测量间距为6~8米时，将单边图像的边缘识别误差控制在2个像素点范围内，同时考虑位移传感器测量上下边缘间距的误差，能够保证最终锻件直径测量精度在1mm以内。
　　（3）基于Linux嵌入式系统进行设备控制部分的软硬件开发。在硬件方面，由ARM核心板通过并行总线外扩CPLD器件实现电机控制；在软件方面，由Qt编写系统自动测量流程，Verilog设计PWM程序，Linux字符型驱动实现ARM与CPLD的通信互联。
　　（4）使用OpenCV编写能够自适应多种锻件边缘的图像处理程序。在图像预处理中提出了自适应种子点的漫水填充算法，在图像边缘识别中创新性地采用了基于Canny和Laplacian算子的混合边缘检测方法，在图像间隔像素点计算中运用了添加水平度阈值进行边缘筛选的霍夫直线检测。
　　（5）针对开发的测量系统进行实验分析，结果表明该系统可达到计算的预期测量精度，为后续在锻造企业中替代人工测量奠定了基础。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 锻件尺寸测量的国内外研究

1.3 测量系统研究意义

1.4 论文主要研究工作

2 测量系统原理及装置设计

2.1 测量系统原理

2.2 测量装置设计

2.3 本章小节

3 测量系统硬件组成

3.1 嵌入式操作系统

3.2 外围电路

3.3 本章小节

4 测量系统软件结构

4.1 嵌入式开发环境搭建

4.2 基于QT的软件设计

4.3 CPLD功能实现

4.4 锻件图像边缘检测

4.5 本章小节

5 测量系统实验分析

5.1 测量系统使用条件

5.2 实验分析

5.3 本章小节

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文