基于倒置光学系统及其图像处理的油污染度光电检测研究

摘要

油液污染的检测与分析是控制油液污染,了解设备工况,实现设备诊断的重要手段之一。油液污染度检测主要是测定油液中固体污染颗粒的大小和粒径分布。
　　本文从油液污染度评价方法入手,通过查阅大量文献资料,了解目前国内外油液污染度检测常用的方法,得知显微镜检测是应用早且是目前最常规的检测方法之一。随着现代计算机技术、光电技术、计算机图像处理技术的飞速发展,以显微系统为载体,融合计算机技术、图像处理技术,为油液污染检测提供了一个经济实用的解决途径,但该途径目前尚处研究发展阶段。本文提出了一种基于倒置光学系统及其数字图像处理的油液污染度检测方案,阐述了该光电检测系统的原理和计数方法,并制作出科研样机。
　　本文是学位课题研究成果的总结,作者在以下几个主要方面进行了研究:
　　(1)在国内首次创新使用倒置光学显微成像系统对污染颗粒进行光学观测,并专门设计制造了用于油液污染颗粒检测的长工作距离无穷远平场消色差显微物镜以及与之配套的辅助物镜。此外,还设计制造了单色平行光照明装置。
　　(2)以图像理论为指导,针对性地研究出一套适用于本课题的图像处理算法,得出污染颗粒有关数据信息,生成报表,实现油液污染颗粒的检测功能。
　　(3)研究与设计四轴三联动控制系统,包括自动调焦、油泵开关和载物台X、Y轴的移动。这是本文的另一创新点。
　　(4)完成对普通光学显微镜载物台的自动化改造,实现精度达1.5μm以下(电机驱动电路未细分),运行平稳的X-Y移动平台。
　　(5)在VB6.0的开发环境下,结合MATLAB图像处理,开发油液污染检测软件。
　　通过理论研究,设计并制造出的这款基于倒置光学系统及其图像处理的油液污染光电检测仪是集光、机、电、算和控制于一体的新型科研样机,经过实验验证,该样机具有较好的科研价值和实用价值以及经济性,为油液在线检测商用机的研发奠定了坚实的基础。

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第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 油液固体污染颗粒污染度的评价方法与分级

§1.3 油液固体污染颗粒检测技术概述[1]ˉ[7]

§1.4 数字显微图像处理技术在油液污染度测试中的研究现状

§1.5 本课题研究的目的意义、内容以及创新点

第二章 系统总体设计概述

§2.1 系统总体设计

§2.2 倒置光学系统

§2.3 油路系统

§2.4 图像采集装置

§2.5 电气控制部分

§2.6 X-Y精密移动平台

§2.7 本章小结

第三章 光学系统设计与研究

§3.1 成像物镜设计

§3.2 基于光学传递函数的物镜优化前后像质评价

§3.3 辅助物镜设计

§3.4 单色平行光源设计

§3.5 本章小结

第四章 图像处理与软件开发

§4.1 图像处理概述

§4.2 图像的预处理

§4.3 图像二值化与修正

§4.4 边缘检测

§4.5 污染颗粒的识别与统计

§4.6 软件平台的开发

§4.7 本章小结

第五章 电气控制部分设计

§5.1 Atmega16单片机简介

§5.2 ATmega16与PC机的通讯

§5.3 电机的驱动

§5.4 数字化调光的实现

§5.5 本章小结

第六章 机械平台设计

§6.1 普通光学显微镜载物台概述

§6.2 普通光学显微镜载物台的自动化改造

§6.3 新型载物台（X-Y精密移动平台）设计概述

§6.4 X-Y精密移动平台的设计

§6.5 总结

第七章 实验与分析

§7.1 检测方案概述

§7.2 系统的标定及每幅图像所代表油液体积的确定

§7.3 油液采集图像数的确定

§7.4 实测结果

§7.5 本章小结

第八章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果