基于机器视觉的条码精密定位装置——视觉型长值千分尺的研究

摘要

基于机器视觉的条码定位技术具有读数客观、测量速度快、精度高的优点，可以克服传统目视读数存在的读数过程繁琐、读数时间长、人为误差大、自动化程度低等缺点。该技术具有相当广泛的应用领域，既适合于近距离、高精度定位要求的各种光电绝对式位移编码器；也适合于测量距离大范围变化、大量程要求的大地高程测量、大坝沉陷观测、路面平整度测量等方面。 有关该项技术的应用资料由于专利的保护，公开的较少，其中典型的应用是数字水准仪，本文在课题组对数字水准仪的技术研究基础上，将条码定位技术推广到视觉型长值千分尺的研究和实现，使技术推广到更宽的应用领域。论文深入研究了条码定位原理，制定了详细的测量方案，包括测量装置的设计，光学镜头、传感器的选择与分析，自制条码尺的设计、制作与检定以及系统软硬件设计。在原有数字水准仪基础上有较大改动，使之更适合本系统的应用。做出了实验样机，并进行了相关实验，实验结果表明，测量稳定度达到0.28μm，重复性精确度1.376μm，达到了良好的指标水平。 文章通过分析数控机床常用的位置检测装置(感应同步器、编码器、光栅)的优缺点，充分验证了视觉型长值千分尺应用与位置检测装置的合理性及优势。作者还使用实验样机对南京德朔公司生产的手持激光测距仪样机进行了近程线性化标定，获得了满意的测量结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景

1.2国内外光学条码定位技术的应用

1.3视觉型长值千分尺可行性分析

1.4本课题的主要研究工作

2自动识别条码定位理论

2.1位移条码编码规则

2.1.1信息编码概念

2.1.2位移条码编码条件

2.1.3位移条码编解码原理

2.2条码符号表示

2.3基于机器视觉的条码识读技术

2.3.1条码识读系统的组成

2.3.2条码检测算法

2.4标尺制作技术

2.4.1条码印制三要素

2.4.2金属条码制作技术简介

2.4.3应用于图像测量时条码标尺的设计步骤和相关原则

2.5本章小结

3基于机器视觉的条码定位系统设计

3.1方案设计

3.1.1方案设计指导思想

3.1.2测量系统方案

3.2成像系统设计及摄影系统分辨率

3.2.1光学镜头的选用

3.2.2传感器的选用

3.2.3摄影系统分辨率分析

3.3条码尺设计

3.3.1码元中心距的确定

3.3.2条码尺的编码

3.3.3条码尺的制作

3.3.4自制条码尺分划精度的检定

3.4系统软硬件设计方案

3.4.1系统硬件框图

3.4.2图像传感器模块

3.4.3主控模块

3.4.4计算机测试系统

3.4.5键盘与显示屏模块

3.4.6电源管理

3.5本章小结

4系统测量精度及误差分析

4.1系统测量精度实验

4.1.1系统稳定性实验

4.1.2系统重复性实验

4.1.3长值千分尺与螺旋测微计对比实验

4.2系统误差分析

4.2.1定值系统误差

4.2.2变值系统误差

4.3本章小结

5视觉型长值千分尺的应用

5.1数控机床位置检测装置

5.1.1常用数控机床位置检测装置

5.1.2将长值千分尺应用于位置检测装置

5.2手持式激光测距仪校准实验

5.2.1校准实验环境

5.2.2校准方案

5.2.3测量数据及结果

5.3本章小结

6总结与展望

致 谢

参考文献

附录