圆形光学元件轮廓自动测量技术研究

摘要

在众多的光学元件中，圆形光学元件应用最为广泛，如透镜。而光学元件的轮廓尺寸是其发挥作用的基础，因此本文针对圆形光学元件的轮廓检测技术做深入研究。
　　首先通过对比现代光学元件加工技术与检测技术发现，圆形光学元件的圆柱轮廓的测量，还处于手动接触式测量阶段，已满足不了现代工业生产的需要，提出了寻找高效、准确检测方法的必要性。
　　其次，本文针对圆柱轮廓上的直径与圆柱度两个参数，通过分析机械领域内对这两者现有的测量方法，设计了以机器视觉技术测量圆形光学元件圆柱轮廓的方案。从光源的种类、照射方式;相机和镜头的主要参数出发，结合实际测量需求，设计系统硬件部分结构，搭建实验平台，获取待测件圆柱轮廓图像。根据所得图像，结合阈值分割法和二值图像投影法，提出了基于行扫描的目标信息提取方法，能够有效地截取出有用信息，实现了系统对目标物的自动化提取。随后分析比较了各种边缘检测算法对本文图像的检测效果，为后续处理打下基础。
　　最后，分别计算了待测圆形光学元件的外径和圆柱度。对于外径本文根据边缘点的位置信息由最小二乘法计算;选用国标规定的最小区域法进行计算，采用MATLAB对目标函数进行优化，计算圆柱度误差，并针对消除转台跳动误差提出了解决方法。
　　本文利用机器视觉技术，对圆形光学元件圆柱轮廓的外径和圆柱度两个参数的测量进行研究，完成了从理论到实验的整个过程，表明了机器视觉测量光学元件轮廓的可行性，为工业中检测光学元件提供了方向。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 光学元件制造技术发展现状

1．2．2 光学元件检测技术的发展现状

1．3 机器视觉技术的发展现状

1．4 本文的主要研究内容

2 圆柱轮廓测量方法概述

2．1 现有直径测量方法

2．1．1 接触式测量方法

2．1．2 非接触式测量方法

2．2 现有圆柱度测量方法

2．2．1 常用接触式测量方法现状

2．2．2 圆柱度误差非接触式测量方法研究现状

2．3 基于机器视觉的圆柱轮廓测量

2．4 本章小结

3 基于机器视觉的测量系统设计

3．1 机器视觉技术概述

3．2 测量系统的硬件结构

3．3 照明系统的选择

3．3．1 光源的分类

3．3．2 光源的照射方式

3．4 光学镜头

3．4．1 镜头的性能指标

3．4．2 远心镜头

3．5 相机

3．5．1 相机的分类

3．5．2 相机特性参数

3．6 图像处理模块

3．7 实验平台的搭建

3．8 本章小结

4 测量系统图像处理基础

4．1 图像滤波

4．1．1 高斯滤波

4．1．2 中值滤波

4．1．3 均值滤波

4．2 目标提取

4．2．1 现有目标提取方法

4．2．2 本文目标提取方法

4．3 边缘检测

4．3．1 图像边缘

4．3．2 像素级边缘检测

4．3．2 亚像素级边缘检测

4．4 本章小结

5 光学元件的圆柱轮廓计算

5．1 光学元件的外径计算

5．2 光学元件的圆柱度计算

5．2．1 圆柱度误差的评价方法

5．2．2 本文评价圆柱度的方法

5．2．3 圆柱度优化算法

5．2．4 圆柱度计算的程序设计

5．2．5 圆柱度计算结果分析

5．3 本章小结

6 测量系统的精度及误差分析

6．1 精度分析

6．2 误差分析

6．3 本章小结

7 结论与展望

7．1 本文工作总结

7．2 课题展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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