【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寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔 1）設計（論文） 2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂 IV 3）其它 摘 要 機械零件幾何尺寸的自動測量一直是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其檢測結(jié)果直接影響著生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。并通過實驗驗證系統(tǒng)的功能性以及可靠性。如采用均值濾波、卷積、標定對圖 像進行預處理。如光照，震動對系統(tǒng)的影響。機械零件尺寸的檢測精度和檢驗速度會直接影響現(xiàn)代化生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是對于現(xiàn)代消費電子行業(yè)，其檢測結(jié)果則是對生產(chǎn)過程進行控制的重要指標。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和進步，特別是對于一些現(xiàn)代化的電子、包裝檢測產(chǎn)業(yè)，對零件尺寸測量的精度和速度要求非常之高，這些傳統(tǒng)的檢測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)為核心的圖像檢測系統(tǒng)在航空遙感的測量、幾何量的測量、精密復雜零件的尺寸測量和外觀三維的檢測以及光波干涉圖、應力應變場狀態(tài)分布圖等與和圖像技術(shù)相關的領域有了很廣泛的應用 ?2?。 (2)隨著大型機械設備的發(fā)展完善，對于大型機械結(jié)構(gòu)尺寸測量的精度和速度要求也變得越來越高。異型曲面的高精度 檢測技術(shù)逐漸成為了檢測技術(shù)領域研究的新熱點和創(chuàng)新點，將圖像檢測技術(shù)應用于異型曲面的檢測中是該檢測領域發(fā)展的必然趨勢。當近社會，隨著圖像處理檢測系統(tǒng)應用的增加，對圖像處理的研究也越來越多。 尺寸測量是圖像處理研究和應用的重要領域，也是一個比較早開始的研究方向。在系統(tǒng)精度達到正負 毫米的同時，每個工件檢測只需花費的時間約 。 47 微米。隨著機器視覺硬件制造技術(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)中的應用的將越來越廣泛，其測量精度也將逐漸提 高 ?9?。 虛擬儀器技術(shù)可利用計算機強大的圖形環(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有的特殊功能的既高檔又廉價的新型儀器。它們之間重要區(qū)別之一就是靈活性方面。 卡尺、量規(guī)等檢測手段雖然簡便、快捷，但測量數(shù)據(jù)較少、精度很低；萬能工具顯微鏡、輪廓儀等檢測手段雖然有較高的檢測精度，但要求在特定的設備以及特定的環(huán)境下進行檢測，不但勞動強度大，效率極低，而且最大的不足是檢測過程同生產(chǎn)過程是分離的，這與現(xiàn)代工業(yè)所要求的在線檢測、實時控制的要求不符。此外，采用先進的虛擬儀器技術(shù)還可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，通過計算機網(wǎng)絡可獲得的豐富信息亦有助于我們解決各種各樣的技術(shù)問題。 本文的研究有助于提高我國機器視覺檢測系統(tǒng)的開發(fā)應用水平，提高工業(yè)檢測的質(zhì)量和效率以及對突破國外公司對我國機器視覺市場的技術(shù)壟斷都具有現(xiàn)實意義，并且所研究的機器視覺系統(tǒng)具有一定的經(jīng)濟價值。 （ 2） 對圖像處理方法進行研究，對常用的圖像濾波和邊緣檢算法進行研究。 （ 5） 基于搭建的系統(tǒng)進行試驗。以 Access 數(shù)據(jù)庫為存儲方式，將零件的長度數(shù)據(jù)保存，方 便后期查詢。圖像采集部分的任務是將目標物體的特征信息進行光學成像，然后通過圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳遞給計算機的圖像數(shù)據(jù)采集卡。 選擇光源的目標就是： （ 1）增強待處理的物體特征 （ 2）減弱不需要關注的物體和噪聲的干擾 （ 3） 不會引入額外的干擾。 圖像感光芯片由數(shù)十萬至數(shù)百萬個像素組成。 工業(yè)相機也不例外，按照芯片類型可以分為 ； （ 1） CCD 相機、 CMOS 相機； （ 2） 按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為線陣相機、面陣相機； （ 3） 按照掃描方式可以分為隔行掃描相機、逐行掃描相機； （ 4） 按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機、高分辨率相機； （ 5） 按照輸出信號方式可以分為模擬相機、數(shù)字相機； （ 6） 按照輸出色彩可以分為單色（黑白）相機、彩色相機； （ 7） 按照輸出信號速度可以分為普通速度相機、高速相機； （ 8） 按照響應頻率范圍可以分為可見光（普通）相機、紅外相機、紫外相機等。廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)線在線檢測、智能交通，機器視覺，科研，軍事科學，航天航空等眾多領域，比 CMOS 數(shù)字相機，無論是靜態(tài)采集還是動態(tài)采集，均可以得到無變形的高質(zhì)圖像。 本系統(tǒng)在驚醒實驗時，采用普通的 USB 攝像頭。 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 9 下面是鏡頭幾個主要參數(shù)的解釋； （ 1）場就是整個系統(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應的場景的大小。 （ 5）光圈：光學系統(tǒng)中光線經(jīng)過折射、反射等最后到達像而．在這個傳輸過程中，并不是所有進入系 統(tǒng)的光線最后都能通過，而是有一部分被阻擋。這個參數(shù)描述了光學系統(tǒng)的采光能力。當圖像采集卡的信號輸入速率較高時，如果使用個人計算機，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 設備產(chǎn)生沖突時丟失數(shù)據(jù)，一般在圖像采集卡上應有數(shù)據(jù)緩存。 武漢理工大學畢業(yè)設計（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。 載物臺及運動控制機構(gòu) 載物臺：載物臺是用于放置被測工件的平臺，可以是靜止的 (如：面陣 CCD 檢測系統(tǒng) )也可以運動的 (如：線陣 CCD 檢測系統(tǒng)、傳送帶在線檢測系統(tǒng)等 )。 在實際工業(yè)應用中，應根據(jù)檢測任務首先要確定載物臺以及運動控制機構(gòu)，然后再安排相機的個數(shù)以及位置，再確定光源的照明位置以及方式，還得考慮周圍環(huán)境因素對采集系統(tǒng)的影響，增加一些消除干擾的措施。 LabVIEW 及其視覺工具簡介 （ 1） LabVIEW LabVIEW 是 美 國國家儀器公司 (National Instrument)發(fā)行的一套高效圖形化應用 軟件 平臺 ，使用數(shù)據(jù)流編程方法 來說明 程序的執(zhí)行，用 G 語言 、圖標和連線代 替文本 的形式編寫程序， 使用戶編程變得簡單易學，提高工作效率 。設計完成后能夠自動生成 LabVIEW 程序代碼。 NI 的武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 12 OCR 軟件為 LabVIEW 與 BridgeVIEW 開發(fā)者提供了字符識別功能，可用于工業(yè)檢驗中讀取字母。由此方法大大縮短了程序設計時間，而且系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定。對圖像進行一系列的預處理，使檢測系統(tǒng)高效穩(wěn)定的運行，依次介紹了零件圖像的預處理、標定與矯正、特征匹配、長度測量算法的設計，以及零件長度數(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 過程，如圖 。 圖 IMAQ USB Grab Acquire VI 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 17 當 Grab VI 初始化完成后，就可調(diào)用 Grab 來實現(xiàn)圖像的采集，這個 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備。 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 19 灰度圖像，是直接由相機的每個像素得到的數(shù)據(jù)，沒有經(jīng)過拜爾等彩色相機的插值處理，因此其圖像的清晰度上，比使用彩色相機獲得的圖像更清楚。 （ a）原圖 （ b）抽取飽和平面 （ c）抽取強度平面 圖 彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像的結(jié)果 本文采用抽取強度平面獲得灰度圖，是被測物體邊緣特征明顯。而這個消除噪聲、改善圖像質(zhì)量的處理過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 的平滑效果要強許多。 武漢理工大學畢業(yè)設計（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，廣泛應用于圖像處理的減噪過程。 圖像增強的幾個方面 ： (1)對比度變換 ： 線性變換、非線性變換 (2)空間濾波：圖像卷積運算、平滑、銳化 (3)彩色變換：單波段彩色變換、多波段彩色運算、 HIS (4)多光譜變換： KL 變換、 KT 變換 (5)圖像運算：插值運算、比值運算 圖 卷積設置 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 23 本文采用窗口為 7*7 的卷積運算，增強物體的邊緣特征，使邊緣階躍信號增強，有利于提高測量精度以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，結(jié)果如圖 。本 節(jié) 介紹基于 LabVIEW 的視覺工具 vision 組件的標定方法，能很好的解決這些問題。具體的操作過程如下 ： （ 1） 載入采集的標定模版圖像 ，圖像中應將標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)將對模版進行學習，需要手動選定計算方法，同時考慮三個畸變系數(shù)以及切 向畸變將提高標定精度，同時也會降低計算速度，應根據(jù)實際需求進行選擇 ，如圖 。 圖 標定結(jié)果 由于 本文 條件所限 ，如能提高標定模板的制作精度、工作表面平整度 ，則可以得到更好的測量效果。 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，在選擇模板時要注意模板要選擇物體特征較明顯的部分。 （ a）連續(xù)檢測流程圖 （ b）連續(xù)檢測程序 圖 連續(xù)檢測 （ a）特征匹配結(jié)果 （ b）相對坐標系建立結(jié)果 圖 連續(xù)檢測 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 31 零件長度 計量方式 由于本文介紹的是零件長度檢測方法，并且以美工刀片為例，測量刀片刀刃之間的距離，因此可以看作是測量兩條直線間的距離問題。因為兩條直線只有平行時，才有距離，如果不平行，那么它 們總是會相交的。選擇點到直線測量方式，找到下面一條邊的兩個點，再找上面邊的一個點，測量點到直線的距離。 圖 設置步驟名 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 34 （ 2）在圖像上通過選擇工具畫好要測量的區(qū)域，并設置參考坐標系。要用此函數(shù)測量要根據(jù)自己的實際情況合理設置各個參數(shù)，才能達到理想效果其結(jié)果如圖。隨著機械零件檢測精度的要求越來越高，在檢測過程中必須深入研究測量過程中可能出現(xiàn)的的誤差，只有正確的掌握測量系統(tǒng)中誤差的來源，通過對誤差的性質(zhì)的分析，才有可能減小或者消除某些誤差。 （ 3） 外界振動干擾誤差 在機械測量現(xiàn)場，振動會造成相機與被測零件的相對位置的誤差。雖然采用平面網(wǎng)格的標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定過程中網(wǎng)格不同位置的檢測都會帶來標定上的誤 差。 當對同一測量值進行多次等精度的重復測量時，得到一系列不同的測量值（常稱作測量列），每個測量值都含有誤差，本文由于燈光使用的為交流電，一直在閃爍，而且相機的分辨率由軟件插值而來。由于實際上都是有限次測量，本文測量十次求得的平均值近似地作為被測量的真值。 隨機誤差是由于很多暫時未能掌握或不便掌握的微小因素所構(gòu)成的。 在選擇被測零件邊緣時，階躍并非理想模型，測距時誤差較大。因此在設計的檢測系統(tǒng)必須要求有一定的抗干擾能力。 （ 2）光源不穩(wěn)定帶來的誤差 光源的質(zhì)量在很大程度上會影響測量的精度與效果，本設計采用的是交流電驅(qū)動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，所以在測同一個物體時，每次測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，再使用直線上的點到另一直線的距離進行測量，準確度 和穩(wěn)定度 會高許多 ，對毛刺影響不敏感 。 圖 設置參數(shù) （ 4） 在 Limits 選卡中設置通過的范圍，如果測得的距離在范圍中則函數(shù)返回真，否則為假，如圖 。 圖 三點測量函數(shù) 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 33 圖 三點測量結(jié)果 方式二 —— 測點到點的距離 像這種距離，也可以使用夾鉗、最大夾鉗函數(shù)，這兩個函數(shù)測量的原理是在測 量區(qū)域有很多測量線，每條線找到圖像的邊緣，確定兩點測得其距離，再把測得的數(shù)值求出平均值作為測量結(jié)果。 首先用兩次找直邊函數(shù)進行直線的擬合，在設置選項中設置好找邊的方向， 指定像素強度過渡類型來確定邊緣 ，以及找邊的質(zhì)量，根據(jù)實際情況設置函數(shù)的各個參數(shù)，找到刀片被測的兩條邊，具體設置步驟及結(jié)果如圖 。由于采用 LabVIEW 測量，與傳統(tǒng)測量方法有很大差別， LabVIEW 的視覺工具VBAI 中有特定測量函數(shù)，可以簡單方便的完成測量任務。 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 29 圖 選擇匹配模板 （ 3） 選擇建立坐標系函數(shù)，在 Main 選卡中輸入步驟名，再在 Setting 選卡中選擇