【正文】 摘要 碩士學(xué)位論文題 目 活塞包膠組件外觀缺陷的機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)研究 活塞包膠組件外觀缺陷的機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)研究活塞包膠組件是摩托車減震器中的關(guān)鍵零件。相對于傳統(tǒng)的活塞而言，它具有耐摩擦性和自潤滑性好，復(fù)合強(qiáng)度高，使用壽命長，配合精度高，加工便利等優(yōu)點(diǎn)。摩托車產(chǎn)業(yè)在我國的興盛使得活塞包膠組件的生產(chǎn)規(guī)模也隨之?dāng)U大。但是迄今為止，我國尚未開發(fā)出檢測活塞包膠組件的外觀缺陷設(shè)備，企業(yè)仍然依靠人力目視和經(jīng)驗(yàn)來檢測活塞包膠組件，嚴(yán)重制約了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高。因此，開發(fā)具備高速度、高可靠性的活塞包膠組件自動檢測設(shè)備勢在必行?；钊z組件形狀復(fù)雜、缺陷多樣，激光檢測技術(shù)、渦流檢測技術(shù)等表面缺陷檢測技術(shù)不適用于活塞包膠組件的缺陷檢測。而機(jī)器視覺技術(shù)具有非接觸、高速、高靈活性、高可靠性、高穩(wěn)定性和高自動化程度等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)檢測中有明顯的優(yōu)勢，廣泛地應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中。本文在借鑒國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)成果和研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了活塞包膠組件外觀缺陷檢測的機(jī)器視覺系統(tǒng)。論文的主要研究內(nèi)容包括以下方面：1） 結(jié)合課題要求，分析了活塞包膠組件存在的缺陷類型，提出了活塞包膠組件外觀缺陷的機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)方案；2） 在分析機(jī)器視覺系統(tǒng)硬件構(gòu)成的基礎(chǔ)上，完成了相機(jī)、鏡頭、圖像采集卡及光源的選型。同時(shí)，分析并比較了各種照明方式，為活塞包膠組件的缺陷檢測設(shè)計(jì)了光學(xué)照明系統(tǒng)和圖像自動獲取系統(tǒng)；3） 通過實(shí)驗(yàn)，對圖像濾波和圖像分割的多種經(jīng)典算法的處理效果做了比較，并在此基礎(chǔ)上提出了適用于本課題的圖像分割方法：利用OTSU算法和固定閾值法相結(jié)合的算法來分割上端面圖像，下端面圖像的分割采用了自適應(yīng)閾值處理的方法。側(cè)面圖像的分割則是結(jié)合了形態(tài)學(xué)操作提取邊緣和自適應(yīng)閾值分割算法。4） 針對活塞包膠組件的各種缺陷提出了模式分類識別算法：端面圖像的缺陷識別以極坐標(biāo)變換為基礎(chǔ)，提取相應(yīng)區(qū)域處理分割出目標(biāo)，再以目標(biāo)連通域的面積為依據(jù)判定缺陷；側(cè)面圖像結(jié)合了組件側(cè)面輪廓分析和連通域特性分析來檢測不同的膠套缺陷。并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述算法的效果。5） ，完成了軟件系統(tǒng)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了初始化相機(jī)，采集圖像，處理圖像，控制輸出等功能。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性在于設(shè)計(jì)了針對活塞包膠組件的缺陷檢測算法，并開發(fā)了基于機(jī)器視覺的活塞包膠組件缺陷檢測的軟件系統(tǒng)，為整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)鋪平了道路，同時(shí)也可以為今后類似的零件檢測提供了參考和借鑒。關(guān)鍵詞：活塞包膠組件 機(jī)器視覺 缺陷檢測 圖像處理IIIAbstractStudy on Machine Vision System for Inspection of Pistoncovering UnitMajor Precision Instrumentation amp。 MechanologyGraduate Xia Xinyi Supervisor Su Zhenwei Pistoncovering unit is a crucial part of motorcycle’s vibration absorber. Compared with traditional piston, it is characterized by stronger frictional resistance and selflubrication, higher bined strength and fit accuracy, long service life, processing facilities, and so on. With the development of motorcycle industry, the production scale of pistoncovering unit developed from manual stage to automation stage. However, so far, there has not been any autoinspection system for pistoncovering unit in our country. Defect inspection of pistoncovering unit depends on people’s eyes and manual skill. This seriously constraints the improvement of products and productivity. Thus, it is imperative to create a automatic system in high speed and reliability for inspection of pistoncovering unit.Pistoncovering unit has a plex form factor with diversified defections. The mon inspection techniques, such as laser detecting, eddy detection, etc. are not suitable for the defects inspection of pistoncovering unit. However, a machine vision is of the advantages such as contactless, high speed, great flexibility, high reliability, good stability, high automatization and so on. Its distinct superiority allows it to be widely used in large scale production. Based on literature review, we designed a defect inspection system for pistoncovering unit. The thesis includes the following sections:1) Analyzed the types of the defects on pistoncovering units, and designed an automatic inspection system based on machine vision.2) Camera, lens, frame grabber and light sources were choosed according to their characteristics. Compared the various lighting sources, and designed optical lighting system for image acquisition of pistoncovering unit.3) After paring the results of multiple classic arithmetics such as image filtering and image segmentation in digital image processing, we designed an algorithm for our system: for the image of piston top surface, we bined OSTU algorithm and fixed threshold method. For the image of side, the algorithm is bination of adaptive threshold algorithm and morphological operation. At last, we use adaptive threshold algorithm to process the image of piston bottom surface. 4) We studied the pattern recognition algorithms for various defects of piston covering unit. For the images of top surface and bottom surface, we developed an algorithm based on polar coordinates and blob analysis。 for the image of unit side, we plete the dectection by analysing contour line and blob informations. Then the performance of the algorithms is proved by experiments.5) The software for image acquisition and image processing were achieved based on Mil function library.The innovations of this paper are that an algrithm is designed to recognise the defects of pistoncovering unit, and a software system is developed for pistoncovering unit based on machine vision technique. Our work paved a way to the realization of the autoinspection of the pistoncovering unit, and can provide reference for the inspection of similar parts in the future.Keywords: Pistoncovering unit, Machine vision, Defect inspection, Image processingVII目錄目錄1 緒論 1 課題研究的目的及意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 活塞檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀 2 表面缺陷檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀 3 機(jī)器視覺技術(shù)及其發(fā)展 4 論文的主要工作及內(nèi)容安排 62 活塞包膠組件視覺檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 活塞包膠組件主要缺陷分析 8 活塞鑄件缺陷 8 膠套缺陷 9 活塞包膠組件視覺檢測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 9 系統(tǒng)的硬件組成 10 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 圖像采集設(shè)備 14 本章小結(jié) 183 活塞包膠組件缺陷檢測算法研究 19 活塞包膠組件的圖像預(yù)處理 19 圖像濾波 19 圖像分割 21 本文采用的圖像分割方法 24 活塞包膠組件端面圖像缺陷檢測 27 活塞包膠組件端面圖像圓心的確定 27 端面圖像的極坐標(biāo)變換 28 端面圖像缺陷的判定 29 活塞包膠組件側(cè)面圖像缺陷檢測 34 基于活塞包膠組件側(cè)面輪廓的缺陷檢測方法 34 基于連通域特性分析的組件膠套缺陷檢測方法 35 本章小結(jié) 374 活塞包膠組件缺陷檢測的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 38 38 活塞包膠組件缺陷檢測軟件設(shè)計(jì) 39 活塞包膠組件缺陷檢測主程序流程 40 圖像采集模塊 41 圖像分析與處理模塊 41 輸出控制模塊 44 軟件的界面設(shè)計(jì) 46 本章小結(jié) 475 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 486 總結(jié)與展望 53 總結(jié) 53 下一步的工作 54參考文獻(xiàn) 55作者攻讀碩士期間的研究成果與科研項(xiàng)目 59聲明 60致謝 611 緒論11 緒論 課題研究的目的及意義本論文的研究對象是用于摩托車減震器的活塞包膠組件。減震器的主要用途是抑制彈簧吸震后反彈時(shí)的震蕩及來自路面的沖擊，它關(guān)系著摩托車的舒適性及平穩(wěn)性，減震器活塞正是其中的重要部件。，傳統(tǒng)的減震器活塞由活塞和聚四氟乙烯活塞環(huán)兩個(gè)獨(dú)立的零件組成，而活塞包膠組件將活塞胚體及聚四氟乙烯包膠做成一個(gè)整體，與傳統(tǒng)的活塞相比，它具有下列優(yōu)點(diǎn)[1]：1） 整體式的活塞包膠組件加工便利，減少了一次加工誤差，從而有效地提高了加工精度，以達(dá)到理想的配合精度； 2） 活塞包膠組件具有比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更寬的聚四氟乙烯環(huán)帶，增大了與工作缸的接觸面積，從而大大降低了活塞組件與工作缸之間的摩擦力；3） 活塞包膠組件的裝配工藝簡單，工序簡化，使得工作效率也得到了提高。112（a）傳統(tǒng)活塞43（b）活塞包膠組件1 活塞 2聚四氟乙烯活塞環(huán) 3活塞 4聚四氟乙烯包膠 傳統(tǒng)活塞和活塞包膠組件結(jié)構(gòu)示意圖活塞包膠組件的優(yōu)越性決定了它被推廣使用的必然性。隨著摩托車產(chǎn)業(yè)在我國的興盛，市場上出現(xiàn)了巨大的摩托車零部件需求，活塞包膠組件也是其中之一。生產(chǎn)技術(shù)的提高和生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了活塞包膠組件的大批量生產(chǎn)。以山西新環(huán)橡塑公司為例，其活塞包膠組件的年生產(chǎn)量高達(dá)1200萬只。這些企業(yè)大多仍然依靠人力目視的手段來檢測活塞包膠組件。檢測檢測手段的落后不僅僅造成了人力資源的浪費(fèi)，同時(shí)也使得檢測的速度及精度均跟不上大規(guī)模生產(chǎn)的需求，嚴(yán)重制約了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高。因此，開發(fā)具備高速度、高可靠性的自動檢測設(shè)備勢在必行。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 活塞檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)的活塞因其形狀的復(fù)雜性需要檢測的項(xiàng)目眾多，包括活塞鑄件、活塞高度、活塞外周形狀、活塞直徑、活塞環(huán)槽等參數(shù)[2]。目前