【正文】 .......................................................................51 與專業(yè)相機對比測量 .....................................................................................53 理想條件不固定位置測量 .............................................................................54 不同角度光照對 測量的影響 ..........................................................................56 無規(guī)則輕微 震動 ..............................................................................................58 本章小結(jié) ................................................................................................................59 總結(jié)與展望 ......................................................................................................................60 參考文獻 ..........................................................................................................................62 附錄 A ： MAIN 程序前后面板 .....................................................................................63 附錄 B： LONG 程序前后面板 ......................................................................................65 附錄 C：實驗裝置 ..........................................................................................................69 附錄 D：零件長度檢測系統(tǒng)使用步驟 ..........................................................................70 VIII 致 謝 ..............................................................................................................................72 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 概述 機械零件尺寸的高精度測量從來都是是工業(yè)生產(chǎn)以及科學(xué)研究的重要部分。 (2)對采集的圖像進行處理，使其被測特征明顯。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。保密的論文（設(shè)計）在解密后適用本規(guī)定。并通過實驗驗證系統(tǒng)的功能性以及可靠性。如光照，震動對系統(tǒng)的影響。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。 (2)隨著大型機械設(shè)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。當(dāng)近社會，隨著圖像處理檢測系統(tǒng)應(yīng)用的增加，對圖像處理的研究也越來越多。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 。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(yīng)用的將越來越廣泛，其測量精度也將逐漸提 高 ?9?。它們之間重要區(qū)別之一就是靈活性方面。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(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)問題。 （ 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。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。 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(guān)注的物體和噪聲的干擾 （ 3） 不會引入額外的干擾。 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(yīng)頻率范圍可以分為可見光（普通）相機、紅外相機、紫外相機等。 本系統(tǒng)在驚醒實驗時，采用普通的 USB 攝像頭。 （ 5）光圈：光學(xué)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。當(dāng)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。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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。 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 )。 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(yīng)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(xué)，提高工作效率 。 NI 的武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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。對圖像進行一系列的預(yù)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(yù)處理、標定與矯正、特征匹配、長度測量算法的設(shè)計，以及零件長度數(shù)據(jù)的誤差處理以及保存方法。 （ 3） 調(diào)用 IMAQ USB Grab 初始化 Grab 過程，如圖 。 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。 （ 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。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。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(yīng)用于圖像處理的減噪過程。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。 圖 選定圓心間距離 （ 4）系統(tǒng)將對模版進行學(xué)習(xí)，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(yīng)根據(jù)實際需求進行選擇 ，如圖 。 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。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。 圖 設(shè)置步驟名 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(shè)置參考坐標系。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。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。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。 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。 （ 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(shè)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。 圖 設(shè)置參數(shù) （ 4） 在 Limits 選卡中設(shè)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 。 首先用兩次找直邊函數(shù)進行直線的擬合，在設(shè)置選項中設(shè)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(shè)置函數(shù)的各個參數(shù)，找到刀片被測的兩條邊，具體設(shè)置步驟及結(jié)果如圖 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)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 選卡中選擇坐標的式，模式確定物體在相機視野內(nèi)旋轉(zhuǎn)，移動是否能被檢測到 ，如圖 。從圖中可以看到出現(xiàn)了明顯的筒形畸變 ，通過 LabVIEW 軟件的標定 ，很好的修正了畸變給圖像帶來的影響。 LabVIEW 通過利用 Canny 濾波器可以提取出標定模板中每個黑色圓點的邊緣，再利用邊緣進行圓擬合，得到每個黑色圓點精確的圓心位置，保證了坐標的精度 ，標定模板圖像圖 。 本文由于為了平滑邊緣，去除毛刺對測量結(jié)果的影響采用高斯濾波。 本文的平滑濾波方法以及零件圖像濾波前后對比圖如 圖 、圖 所示。噪聲和干擾使得原本均勻連續(xù)變化的圖像灰度分布發(fā)生突變，造成一些虛假或不完整的零件圖像的邊緣或輪廓，使圖像的總體質(zhì)量變差，這樣 既 影響圖像的視覺效果， 又 影響待測零件邊緣幾何參數(shù)的獲取。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 讀取圖像程序 圖 采集到的圖像 零件圖像的預(yù)處理方法 由于攝像頭采集的圖像為彩色圖像，但是 大部分的測試測量都是使用的灰度圖像。 圖 創(chuàng)建圖像數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 因為圖像文件非常大，如果直接傳輸?shù)脑挿浅：臅r，因此需要創(chuàng)建一個圖像緩沖區(qū)來提高系統(tǒng)運行速度，提高效率。 要想成功讀取采集到的零件圖像必安裝好驅(qū)動程序，可在 NI MAX 中產(chǎn)看是否安裝成功，如圖 。此工具是實驗室進行快速視覺效果驗證的理想工具，也是生產(chǎn)線實現(xiàn)簡易測試的 理想 測試平臺。 IMAQ Vision 是一個功能強大的函數(shù)庫，提供了在 LabVIEW 平臺上開發(fā) 機器視覺系統(tǒng) 所需要的各種子程序，例如圖像采集、系統(tǒng)校準、圖像處理、幾何量測量等。 運動控制機構(gòu)：控制檢測系統(tǒng)的機械運動部分，保證檢測過程中運動平穩(wěn)有效。在對圖像灰度有更精確要求時，可使用 10 位、 12 位、 16 位等來表示圖像的灰度；彩色 圖像：可由 RGB(或者 YUv)3 種色彩組合而成。因此，這一任務(wù)通常使用圖像采集卡來完成。鏡頭光圈的大小一般用 F 數(shù)來表示。 鏡頭選擇 鏡頭選擇要根據(jù)相機的傳感器尺寸、支座接口形式以及被測量的零件尺寸等進行綜合考慮。 典型的 CCD/相機由光學(xué)鏡頭、時序及同步信號發(fā)生器、垂直驅(qū)動器、模擬數(shù)字信號處理電路組成。 本系統(tǒng)采用背光照明光源，光源均勻的從被檢測物體的背面，可以獲得高清晰的輪廓，突出 物體外形檢測、尺寸檢測等等，如圖 所示。 圖 典型的機器視覺系統(tǒng) 基于 PC 機的機器視覺系統(tǒng)一般由圖像采集、圖像分析處理、結(jié)果輸出與執(zhí)行幾個部分組成。 （ 3） 研究 基于 LabVIEW 的標定方法 ， 可以很有效的消除圖像中線性與非線性的畸變，操作簡單，測量精度高， 利用標定獲得的內(nèi)參數(shù)校正采集到的圖像的畸變，提高測量效果。課題的目標是利用圖像處理在工業(yè)檢測中的優(yōu)勢對工業(yè)產(chǎn)品中基本的直線和圓形特征進行檢測。因此，虛擬儀器是儀器發(fā)展史上的一場重要革命，代表著儀器發(fā)展的最新方向，并且