二维几何量自动测量系统研究

摘要

几何量测量广泛应用于机械、仪表、电子、航空航天等行业,随着科学技术与工业的发展,对几何量测量技术及相应的测量仪器提出了愈来愈高的要求,近几年出现了将机器视觉技术应用于几何量测量的新方法.应用机器视觉技术的几何量测量仪器具有非接触式测量,自动化程度高,环境要求低,测量精度高等优点,具有广泛的应用前景.
　　 本文设计了一套基于机器视觉技术的几何量自动测量系统,能同时实现直线度、圆度、平行度、垂直度、长度尺寸等多种几何量的自动测量.该系统使用步进电机驱动一个二维数控平台,采用CCD摄像机和光栅尺采集被测物体的轮廓坐标数据,运用路径自动生成算法实现被测物体轮廓坐标数据的自动获取,利用二维几何量自动测量软件实现几何量测量。本文主要工作内容如下:
　　 (1)设计了二维几何量自动测量系统的机械结构。设计了由步进电机驱动的二维数控平台,平台的正上方安装有光学放大镜头和CCD摄像机,平台的导轨上安装有光栅尺.
　　 (2)研究了图像采集与处理技术,实现了基于DirectShow技术的图像采集方法,设计了自适应阈值的Canny边缘检测算法和数学形态学算法,实现了被测物体轮廓图像的亚像素边缘检测。
　　 (3)研究了基于FPGA和单片机的光栅信号处理技术。设计了光栅信号处理电路和FPGA逻辑电路,编制了单片机控制程序,实现了光栅尺信号的处理.
　　 (4)设计了步进电机运动控制电路和测量路径自动生成算法,实现了被测物体轮廓坐标数据的自动获取。
　　 (5)开发了几何量自动测量系统软件,实现了被测物体直线度、圆度、平行度、垂直度及长度尺寸等的自动测量。
　　 实验结果表明,二维几何量自动测量系统能够实现对被测物体待测几何量的自动测量,具有较高的智能化程度和测量精度。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 选题依据

1.3 论文主要工作

1.3.1 论文的研究内容

1.3.2 论文的章节安排

第二章 系统总体结构

2.1 系统组成

2.2 几何量测量系统软件设计

2.3 系统工作过程

第三章 图像采集及处理模块

3.1 图像采集软硬件设计

3.1.1 图像采集的硬件设计

3.1.2 图像采集的软什设计

3.1.3 CCD摄像机标定

3.2 图像处理算法

3.2.1 图像的存储与表示

3.2.2 彩色图像的灰度化

3.2.3 图像平滑化处理

3.2.4 阈值分割

3.2.5 数学形态学

3.2.6 边缘检测算法

3.2.7 亚像素边缘检测算法

第四章 光栅尺数据采集模块

4.1 光栅尺数据采集硬什设计

4.1.1 光栅尺的选择

4.1.2 光栅尺信号采集电路

4.2 光栅尺数据采集软件设计

4.2.1 FPGA逻辑电路设计

4.2.2 数据传输程序设计

第五章 运动控制模块

5.1 运动控制模块设计要求

5.2 运动控制硬件设计

5.2.1 步进电机的选取

5.2.2 步进电机驱动器的使用

5.2.3 运动控制模块的硬件电路

5.3 运动控制软件

5.3.1 单片机程序设计

5.3.2 上位机程序设计

第六章 系统软件设计

6.1 软件设计

6.1.1 轮廓坐标数据的自动获取及存储

6.1.2 几何量测量的实现

6.2 实验结果

6.2.1 轮廓坐标自动获取实验

6.2.2 几何量测量实验

6.3 误差分析

第七章 总结和展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文