光纤环绕制缺陷实时监测系统设计

摘要

由圆环形多匝光纤线圈绕制而成的光纤环是干涉型光纤陀螺中传播两相向光波来产生SAGNAC相位差的部件，光纤环绕制品质因素直接影响光纤陀螺的性能，因此开展光纤环绕制情况实时监测研究具有重要的理论意义和工程实用价值。
　　论文针对光纤的物理特性和光纤环的绕制特点，从实际监测过程中对测量精度和实时性要求出发，采用机器视觉非接触测量方式实时监测光纤绕制过程中出现的爬丝、间隙等问题，为绕制设备的动作控制提供相关依据。
　　论文主要完成的工作和获得的成果如下：
　　（1）结合光纤的绕制特点和精确定位光纤成像位置的要求，完成了监测系统的整体设计，其中对摄像机、镜头、光源、偏光镜、安装设备进行甄选之后组成可靠的照明系统和图像采集系统，尤其阐明了照明方式对监测的重要性；分析了数字图像的噪声来源及特点，通过对原始图像进行高斯滤波、增强预处理后得到清晰的光纤轮廓图像以备后续分析使用。
　　（2）具体分析亚像素精度阈值分割算法，通过对比与普通的亚像素边缘检测算法处理类似特征图像及光纤绕制图像的实验证明，亚像素精度阈值分割算法在定位精度和处理速度方面的优越性。
　　（3）分析各种绕制方式和采集模式的特点，对绕制光纤环选取的四极对称缠绕法提出轮廓区域实时缺陷监测算法，并详细地阐述监测算法的原理；利用HALCON强大的集成开发环境对整个监测软件进行了设计。
　　（4）通过实验分析了光照方式、光源强度、一天内的光照变化以及偏光镜对采集光纤图像质量的影响；并利用机器视觉非接触的方式对光纤环承载主轴进行径向跳动度检测，实验证明了算法在监测微小跳动范围内绕制光纤四种绕制状态的有效性，并对系统的实时性进行了分析。
　　本课题在HALCON的开发环境下，编程实现了提出的监测算法，对实时采集的四层绕制光纤图像进行了监测处理。实验结果证明，本课题的算法适用于监测微小跳动范围内的绕制光纤状态。

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第一章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2 机器视觉监测技术的应用与发展

1.3 论文主要研究内容及安排

第二章 机器视觉测量系统总体设计

2.1 机器视觉监测系统功能要求

2.2 机器视觉监测系统构成

2.3 本章小结

第三章 实时绕制图像处理算法研究

3.1 图像预处理

3.2亚像素精度阈值分割算法

3.3基于轮廓区域的实时缺陷监测算法

3.4 本章小结

第四章 实时监测系统软件实现

4.1 监测系统软件功能与设计

4.2 系统实时性

4.3本章小结

第五章 实验及误差分析

5.1 实时绕制监测实验

5.2 光纤环承载主轴跳动度检测

5.3 监测系统误差分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的研究成果

致谢