汽车卡簧全自动检测系统测量算法设计

摘要

卡簧是一种应用广泛的微小型零件，主要起轴向定位作用，在汽车行业需求量大。目前对卡簧工件的检测以人工检测为主，其低精度、低效率、高成本的固有缺陷与大批量的市场需求不相匹配。本项目将视觉检测技术应用于卡簧工件的尺寸测量中，研制一台集上料、检测、分选于一体的自动化设备，以实现高速、高精度检测目的。
　　本课题对图像检测算法以及设备的软件系统展开研究，利用C++语言开发程序以实现对图像的合格性判别及对整体执行机构的控制。主要工作如下:
　　1、检测系统整体方案设计。包括成像系统的硬件选型及垂直度调整。最终选用300万像素的CMOS相机与远心镜头搭建成像系统;采用基于清晰度函数的调整方法实现垂直度调整。
　　2、应用多线程技术完成软件对执行机构的控制、对相机采像控制等。并通过交互界面展示软件功能以及整体设计流程。
　　3、设计图像预处理算法，从原始图像得到目标二值图像的跟踪轮廓。采用实验方法合理选取阈值;结合图像灰度分布制定差影法做差规则实现复杂背景的有效去除;依据先验信息进行杂质轮廓点的辨识与删除。
　　4、提出基于先验信息的渐进式角点定位算法，实现了工件内侧角点的高效准确提取。结合用户需求，制定合理的宽度合格性判别原则。
　　5、设计实验完成满足检测需求的垂直度调整、阈值选取。并分两部分验证设备的性能指标:首先对单一工件多次上料重复测量，对拟合尺寸测量的重复性误差小于0.01mm，对点定位尺寸测量的重复性误差约为0.02mm;然后，将不确定度概念引入批量检测中，控制不同的合格判定区间下检测同一批工件，分析了不确定度对误检率的影响。本设备检测速度可达到60～100件/分钟，不确定度满足0.2T的合同标准。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外相关研究概况

1．2．1 视觉检测技术的国内外应用研究

1．2．2 自动化检测设备的研究分析

1．2．3 图像角点提取技术研究

1．3 本文主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 总体方案设计及成像系统选型

2．1 卡簧检测分选设备总体方案设计

2．2 成像系统选型

2．2．1 工业相机的选择

2．2．2 工业镜头的选择

2．2．3 照明方式的选择

2．2．4 成像系统安装设计

2．3 成像系统垂直度调整

2．3．1 利用清晰度函数值评价垂直度的理论依据

2．3．2 垂直度调整的具体操作实现

2．4 本章小结

第三章 软件控制功能及程序流程介绍

3．1 机械结构控制

3．1．1 PCI采集卡的程序调用

3．1．2 PCI采集卡I／O口定义

3．2 相机采像控制

3．3 多线程实现连续检测处理

3．3．1 线程基本概念

3．3．2 多线程实现循环检测

3．4 软件功能总体设计

3．4．1 参数选择功能实现

3．4．2 多种测量模式实现

3．4．3 连续检测模块

3．5 本章小结

第四章 图像预处理算法研究

4．1 RGB图转灰度图

4．2 差影法去背景

4．2．1 去背景处理结果

4．2．2 差影法后续去干扰措施

4．3 图像二值化

4．3．1 合理选取阈值

4．3．2 对遗留条带的处理

4．4 边缘提取

4．5 轮廓跟踪

4．5．1 基于Freeman方向链码的轮廓跟踪

4．5．2 差影法遗留问题的研究

4．6 本章小结

第五章 参数测量算法研究

5．1 结合先验信息的渐进式角点定位算法

5．1．1 锁定角点检测的关键区域

5．1．2 在局域序列中检测角点

5．1．3 角点位置的优化

5．1．4 外角点损伤后的角点检测

5．2 卡簧宽度的测量

5．2．1 宽度测量算法

5．2．2 制定宽度判定原则

5．3 本章小结

第六章 实验与分析

6．1 垂直度调整实验

6．2 二值化阈值选取实验

6．3 单一工件重复性测量实验

6．3．1 本文角点检测算法性能验证

6．3．2 单一工件测量的重复性与准确性验证

6．4 批量检测误检率统计实验

6．4．1 测量不确定度的影响

6．4．2 批量检测结果

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢