【正文】 本規(guī)定。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà) 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 IV 3）其它 摘 要 機(jī)械零件幾何尺寸的自動(dòng)測(cè)量一直是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其檢測(cè)結(jié)果直接影響著生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的功能性以及可靠性。如采用均值濾波、卷積、標(biāo)定對(duì)圖 像進(jìn)行預(yù)處理。如光照，震動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。機(jī)械零件尺寸的檢測(cè)精度和檢驗(yàn)速度會(huì)直接影響現(xiàn)代化生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是對(duì)于現(xiàn)代消費(fèi)電子行業(yè)，其檢測(cè)結(jié)果則是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的重要指標(biāo)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，特別是對(duì)于一些現(xiàn)代化的電子、包裝檢測(cè)產(chǎn)業(yè)，對(duì)零件尺寸測(cè)量的精度和速度要求非常之高，這些傳統(tǒng)的檢測(cè)手段也很難完全滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展需求。以該技術(shù)為核心的圖像檢測(cè)系統(tǒng)在航空遙感的測(cè)量、幾何量的測(cè)量、精密復(fù)雜零件的尺寸測(cè)量和外觀三維的檢測(cè)以及光波干涉圖、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)狀態(tài)分布圖等與和圖像技術(shù)相關(guān)的領(lǐng)域有了很廣泛的應(yīng)用 ?2?。 (2)隨著大型機(jī)械設(shè)備的發(fā)展完善，對(duì)于大型機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸測(cè)量的精度和速度要求也變得越來(lái)越高。異型曲面的高精度 檢測(cè)技術(shù)逐漸成為了檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域研究的新熱點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，將圖像檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于異型曲面的檢測(cè)中是該檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。當(dāng)近社會(huì)，隨著圖像處理檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的增加，對(duì)圖像處理的研究也越來(lái)越多。 尺寸測(cè)量是圖像處理研究和應(yīng)用的重要領(lǐng)域，也是一個(gè)比較早開(kāi)始的研究方向。在系統(tǒng)精度達(dá)到正負(fù) 毫米的同時(shí)，每個(gè)工件檢測(cè)只需花費(fèi)的時(shí)間約 。 47 微米。隨著機(jī)器視覺(jué)硬件制造技術(shù)的不斷發(fā)展和硬件成本的逐步降低，圖像處理技術(shù)在現(xiàn)代化生產(chǎn)中的應(yīng)用的將越來(lái)越廣泛，其測(cè)量精度也將逐漸提 高 ?9?。 虛擬儀器技術(shù)可利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，構(gòu)成既有普通儀器的基本功能又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的既高檔又廉價(jià)的新型儀器。它們之間重要區(qū)別之一就是靈活性方面。 卡尺、量規(guī)等檢測(cè)手段雖然簡(jiǎn)便、快捷，但測(cè)量數(shù)據(jù)較少、精度很低；萬(wàn)能工具顯微鏡、輪廓儀等檢測(cè)手段雖然有較高的檢測(cè)精度，但要求在特定的設(shè)備以及特定的環(huán)境下進(jìn)行檢測(cè)，不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率極低，而且最大的不足是檢測(cè)過(guò)程同生產(chǎn)過(guò)程是分離的，這與現(xiàn)代工業(yè)所要求的在線檢測(cè)、實(shí)時(shí)控制的要求不符。此外，采用先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)還可以大大縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可獲得的豐富信息亦有助于我們解決各種各樣的技術(shù)問(wèn)題。 本文的研究有助于提高我國(guó)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用水平，提高工業(yè)檢測(cè)的質(zhì)量和效率以及對(duì)突破國(guó)外公司對(duì)我國(guó)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)的技術(shù)壟斷都具有現(xiàn)實(shí)意義，并且所研究的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 （ 2） 對(duì)圖像處理方法進(jìn)行研究，對(duì)常用的圖像濾波和邊緣檢算法進(jìn)行研究。 （ 5） 基于搭建的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。以 Access 數(shù)據(jù)庫(kù)為存儲(chǔ)方式，將零件的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)保存，方 便后期查詢。圖像采集部分的任務(wù)是將目標(biāo)物體的特征信息進(jìn)行光學(xué)成像，然后通過(guò)圖像傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)的圖像數(shù)據(jù)采集卡。 選擇光源的目標(biāo)就是： （ 1）增強(qiáng)待處理的物體特征 （ 2）減弱不需要關(guān)注的物體和噪聲的干擾 （ 3） 不會(huì)引入額外的干擾。 圖像感光芯片由數(shù)十萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)個(gè)像素組成。 工業(yè)相機(jī)也不例外，按照芯片類型可以分為 ； （ 1） CCD 相機(jī)、 CMOS 相機(jī)； （ 2） 按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為線陣相機(jī)、面陣相機(jī)； （ 3） 按照掃描方式可以分為隔行掃描相機(jī)、逐行掃描相機(jī)； （ 4） 按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)； （ 5） 按照輸出信號(hào)方式可以分為模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī)； （ 6） 按照輸出色彩可以分為單色（黑白）相機(jī)、彩色相機(jī)； （ 7） 按照輸出信號(hào)速度可以分為普通速度相機(jī)、高速相機(jī)； （ 8） 按照響應(yīng)頻率范圍可以分為可見(jiàn)光（普通）相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等。廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)線在線檢測(cè)、智能交通，機(jī)器視覺(jué)，科研，軍事科學(xué)，航天航空等眾多領(lǐng)域，比 CMOS 數(shù)字相機(jī)，無(wú)論是靜態(tài)采集還是動(dòng)態(tài)采集，均可以得到無(wú)變形的高質(zhì)圖像。 本系統(tǒng)在驚醒實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用普通的 USB 攝像頭。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 下面是鏡頭幾個(gè)主要參數(shù)的解釋； （ 1）場(chǎng)就是整個(gè)系統(tǒng)能夠觀察物體的尺寸范圍，也就是與圖像傳感上所成圖像對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景的大小。 （ 5）光圈：光學(xué)系統(tǒng)中光線經(jīng)過(guò)折射、反射等最后到達(dá)像而．在這個(gè)傳輸過(guò)程中，并不是所有進(jìn)入系 統(tǒng)的光線最后都能通過(guò)，而是有一部分被阻擋。這個(gè)參數(shù)描述了光學(xué)系統(tǒng)的采光能力。當(dāng)圖像采集卡的信號(hào)輸入速率較高時(shí)，如果使用個(gè)人計(jì)算機(jī)，圖像采集卡通常采用的 PCI 接口的理論帶寬峰值為 132MB／ S。為了避免與其他 PCI 設(shè)備產(chǎn)生沖突時(shí)丟失數(shù)據(jù)，一般在圖像采集卡上應(yīng)有數(shù)據(jù)緩存。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 （ 2）圖像格式：圖像格式也被稱為像素格式，分為灰度和彩色兩種。單行最大點(diǎn)數(shù)和單幀最大行數(shù)也可反映采集卡的分辨率性能。 載物臺(tái)及運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu) 載物臺(tái)：載物臺(tái)是用于放置被測(cè)工件的平臺(tái)，可以是靜止的 (如：面陣 CCD 檢測(cè)系統(tǒng) )也可以運(yùn)動(dòng)的 (如：線陣 CCD 檢測(cè)系統(tǒng)、傳送帶在線檢測(cè)系統(tǒng)等 )。 在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)檢測(cè)任務(wù)首先要確定載物臺(tái)以及運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，然后再安排相機(jī)的個(gè)數(shù)以及位置，再確定光源的照明位置以及方式，還得考慮周?chē)h(huán)境因素對(duì)采集系統(tǒng)的影響，增加一些消除干擾的措施。 LabVIEW 及其視覺(jué)工具簡(jiǎn)介 （ 1） LabVIEW LabVIEW 是 美 國(guó)國(guó)家儀器公司 (National Instrument)發(fā)行的一套高效圖形化應(yīng)用 軟件 平臺(tái) ，使用數(shù)據(jù)流編程方法 來(lái)說(shuō)明 程序的執(zhí)行，用 G 語(yǔ)言 、圖標(biāo)和連線代 替文本 的形式編寫(xiě)程序， 使用戶編程變得簡(jiǎn)單易學(xué)，提高工作效率 。設(shè)計(jì)完成后能夠自動(dòng)生成 LabVIEW 程序代碼。 NI 的武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 OCR 軟件為 LabVIEW 與 BridgeVIEW 開(kāi)發(fā)者提供了字符識(shí)別功能，可用于工業(yè)檢驗(yàn)中讀取字母。由此方法大大縮短了程序設(shè)計(jì)時(shí)間，而且系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定。對(duì)圖像進(jìn)行一系列的預(yù)處理，使檢測(cè)系統(tǒng)高效穩(wěn)定的運(yùn)行，依次介紹了零件圖像的預(yù)處理、標(biāo)定與矯正、特征匹配、長(zhǎng)度測(cè)量算法的設(shè)計(jì)，以及零件長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的誤差處理以及保存方法。 具體的編輯步驟為： （ 1） 調(diào)用 IMAQ USB Enumerate 枚舉 USB 攝像頭，如圖 。 （ 3） 調(diào)用 IMAQ USB Grab 初始化 Grab 過(guò)程，如圖 。 圖 IMAQ USB Grab Acquire VI 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 當(dāng) Grab VI 初始化完成后，就可調(diào)用 Grab 來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的采集，這個(gè) VI 的輸出為一幅采集到的完整的圖像。 圖 釋放圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 通過(guò)釋放圖像緩存區(qū)，減緩存區(qū)的數(shù)據(jù)清除為下一次采集到的圖像緩存做準(zhǔn)備。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 灰度圖像，是直接由相機(jī)的每個(gè)像素得到的數(shù)據(jù)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)拜爾等彩色相機(jī)的插值處理，因此其圖像的清晰度上，比使用彩色相機(jī)獲得的圖像更清楚。 （ a）原圖 （ b）抽取飽和平面 （ c）抽取強(qiáng)度平面 圖 彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像的結(jié)果 本文采用抽取強(qiáng)度平面獲得灰度圖，是被測(cè)物體邊緣特征明顯。而這個(gè)消除噪聲、改善圖像質(zhì)量的處理過(guò)程通常稱為圖像平滑 。平滑可以兩種重要形式用于數(shù)據(jù)分析： （ 1）若平滑的假設(shè)是合理的，可以 從數(shù)據(jù)中獲得更多信息； （ 2） 提供靈活而且健壯的分析。其中可以看到高斯平滑濾波器 的平滑效果要強(qiáng)許多。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 高斯濾波是一種線性平滑濾波，適用于消除高斯噪聲，廣泛應(yīng)用于圖像處理的減噪過(guò)程。 圖像增強(qiáng)的幾個(gè)方面 ： (1)對(duì)比度變換 ： 線性變換、非線性變換 (2)空間濾波：圖像卷積運(yùn)算、平滑、銳化 (3)彩色變換：?jiǎn)尾ǘ尾噬儞Q、多波段彩色運(yùn)算、 HIS (4)多光譜變換： KL 變換、 KT 變換 (5)圖像運(yùn)算：插值運(yùn)算、比值運(yùn)算 圖 卷積設(shè)置 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 本文采用窗口為 7*7 的卷積運(yùn)算，增強(qiáng)物體的邊緣特征，使邊緣階躍信號(hào)增強(qiáng)，有利于提高測(cè)量精度以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，結(jié)果如圖 。本 節(jié) 介紹基于 LabVIEW 的視覺(jué)工具 vision 組件的標(biāo)定方法，能很好的解決這些問(wèn)題。具體的操作過(guò)程如下 ： （ 1） 載入采集的標(biāo)定模版圖像 ，圖像中應(yīng)將標(biāo)定模版水平放置于工作平面 ，如圖 所示。 圖 選定圓心間距離 （ 4）系統(tǒng)將對(duì)模版進(jìn)行學(xué)習(xí)，需要手動(dòng)選定計(jì)算方法，同時(shí)考慮三個(gè)畸變系數(shù)以及切 向畸變將提高標(biāo)定精度，同時(shí)也會(huì)降低計(jì)算速度，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇 ，如圖 。 圖 標(biāo)定結(jié)果 由于 本文 條件所限 ，如能提高標(biāo)定模板的制作精度、工作表面平整度 ，則可以得到更好的測(cè)量效果。 圖 選擇查找范圍 （ 2） 在 Template 選卡中，新建一模板，在圖中選擇物體的一部分作為模板，在選擇模板時(shí)要注意模板要選擇物體特征較明顯的部分。 （ a）連續(xù)檢測(cè)流程圖 （ b）連續(xù)檢測(cè)程序 圖 連續(xù)檢測(cè) （ a）特征匹配結(jié)果 （ b）相對(duì)坐標(biāo)系建立結(jié)果 圖 連續(xù)檢測(cè) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 零件長(zhǎng)度 計(jì)量方式 由于本文介紹的是零件長(zhǎng)度檢測(cè)方法，并且以美工刀片為例，測(cè)量刀片刀刃之間的距離，因此可以看作是測(cè)量?jī)蓷l直線間的距離問(wèn)題。因?yàn)閮蓷l直線只有平行時(shí)，才有距離，如果不平行，那么它 們總是會(huì)相交的。選擇點(diǎn)到直線測(cè)量方式，找到下面一條邊的兩個(gè)點(diǎn)，再找上面邊的一個(gè)點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)到直線的距離。 圖 設(shè)置步驟名 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 （ 2）在圖像上通過(guò)選擇工具畫(huà)好要測(cè)量的區(qū)域，并設(shè)置參考坐標(biāo)系。要用此函數(shù)測(cè)量要根據(jù)自己的實(shí)際情況合理設(shè)置各個(gè)參數(shù)，才能達(dá)到理想效果其結(jié)果如圖。隨著機(jī)械零件檢測(cè)精度的要求越來(lái)越高，在檢測(cè)過(guò)程中必須深入研究測(cè)量過(guò)程中可能出現(xiàn)的的誤差，只有正確的掌握測(cè)量系統(tǒng)中誤差的來(lái)源，通過(guò)對(duì)誤差的性質(zhì)的分析，才有可能減小或者消除某些誤差。 （ 3） 外界振動(dòng)干擾誤差 在機(jī)械測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，振動(dòng)會(huì)造成相機(jī)與被測(cè)零件的相對(duì)位置的誤差。雖然采用平面網(wǎng)格的標(biāo)定較之其他校正方法精度較高而且比較容易操作，但是由于網(wǎng)格自身也存在誤差以及在標(biāo)定過(guò)程中網(wǎng)格不同位置的檢測(cè)都會(huì)帶來(lái)標(biāo)定上的誤 差。 當(dāng)對(duì)同一測(cè)量值進(jìn)行多次等精度的重復(fù)測(cè)量時(shí)，得到一系列不同的測(cè)量值（常稱作測(cè)量列），每個(gè)測(cè)量值都含有誤差，本文由于燈光使用的為交流電，一直在閃爍，而且相機(jī)的分辨率由軟件插值而來(lái)。由于實(shí)際上都是有限次測(cè)量，本文測(cè)量十次求得的平均值近似地作為被測(cè)量的真值。 隨機(jī)誤差是由于很多暫時(shí)未能掌握或不便掌握的微小因素所構(gòu)成的。 在選擇被測(cè)零件邊緣時(shí)，階躍并非理想模型，測(cè)距時(shí)誤差較大。因此在設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)必須要求有一定的抗干擾能力。 （ 2）光源不穩(wěn)定帶來(lái)的誤差 光源的質(zhì)量在很大程度上會(huì)影響測(cè)量的精度與效果，本設(shè)計(jì)采用的是交流電驅(qū)動(dòng)的普通燈光作為光源，由于交流電的緣故所以燈光一直在閃爍，所以在測(cè)同一個(gè)物體時(shí)，每次測(cè)量的采集的圖像都不同，引起的誤差比較大。 本文采用的相機(jī)畸變及噪聲較大， 因此 本文采用 先擬合直線，再使用直線上的點(diǎn)到另一直線的距離進(jìn)行測(cè)量，準(zhǔn)確度 和穩(wěn)定度 會(huì)高許多 ，對(duì)毛刺影響不敏感 。 圖 設(shè)置參數(shù) （ 4） 在 Limits 選卡中設(shè)置通過(guò)的范圍，如果測(cè)得的距離在范圍中則函數(shù)返回真，否則為假，如圖 。 圖 三點(diǎn)測(cè)量函數(shù) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 三點(diǎn)測(cè)量結(jié)果 方式二 —— 測(cè)點(diǎn)到點(diǎn)的距離 像這種距離，也可以使用夾鉗、最大夾鉗函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)測(cè)量的原理是在測(cè) 量區(qū)域有很多測(cè)量線，每條線找到圖像的邊緣，確定兩點(diǎn)測(cè)得其距離，再把測(cè)得的數(shù)值求出平均值作為測(cè)量結(jié)果。 首先用兩次找直邊函數(shù)進(jìn)行直線的擬合，在設(shè)置選項(xiàng)中設(shè)置好找邊的方向， 指定像素強(qiáng)度過(guò)渡類型來(lái)確定邊緣 ，以及找邊的質(zhì)量，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置函數(shù)的各個(gè)參數(shù)，找到刀片被測(cè)的兩條邊，具體設(shè)置步驟及結(jié)果如圖 。由于采用 LabVIEW 測(cè)量，與傳統(tǒng)測(cè)量方法有很大差別， LabVIEW 的視覺(jué)工具VBAI 中有特定測(cè)量函數(shù)，可以簡(jiǎn)單方便的完成測(cè)量任務(wù)。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 選擇匹配模板 （ 3） 選擇建立坐標(biāo)系函數(shù)，在 Main 選卡中輸入步驟名，再在 Setting 選卡中選擇