直線邊緣光學(xué)精密測(cè)量系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā).pdf

1、隨著精密加工的發(fā)展以及人們對(duì)高質(zhì)量產(chǎn)品需求的增長(zhǎng)，精密制造業(yè)中對(duì)質(zhì)量控制的要求越來(lái)越高。而與傳統(tǒng)的接觸式測(cè)量方法相比，光學(xué)測(cè)量方法具有非接觸，無(wú)磨損，響應(yīng)速度快，柔性好的特點(diǎn)，在質(zhì)量控制領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。因此對(duì)光學(xué)測(cè)量的精度要求也越來(lái)越高。而傳統(tǒng)光學(xué)測(cè)量的精度主要取決于圖像傳感器的像元大小。為了突破像元尺寸的限制，人們提出了通過(guò)圖像處理軟件算法來(lái)提高測(cè)量精度的亞像素邊緣檢測(cè)技術(shù)。但是圖像處理算法的執(zhí)行速度不快，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差，不利于

2、其應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。直線邊緣是指母線為直線，且截面與母線垂直這一類零件的輪廓。本文以直線邊緣為對(duì)象；針對(duì)光學(xué)圖像測(cè)量方法測(cè)量精度與速度的矛盾，建立使用線陣CCD圖像傳感器的測(cè)量方案，并開(kāi)發(fā)了基于FPGA的片上亞像素邊緣測(cè)量系統(tǒng)。本文的主要內(nèi)容和研究工作如下：
　　 1.邊緣測(cè)量的總體方案設(shè)計(jì)。介紹了三種光學(xué)測(cè)量原理，在對(duì)比各自的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立了基于平行光投影法的邊緣測(cè)量系統(tǒng)方案；并分析了照明光源與CCD期間的照度匹配，在此基

3、礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并建立了邊緣測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)。
　　 2.亞像素邊緣檢測(cè)算法原理。介紹了亞像素邊緣檢測(cè)技術(shù)的原理及其由來(lái)，并分析了亞像素邊緣檢測(cè)技術(shù)的前提條件。然后綜述了常用的亞像素邊緣檢測(cè)算法。最后提出了一種基于Canny-Legendre算子的亞像素邊緣檢測(cè)改進(jìn)算法。通過(guò)使用生成的理想邊緣對(duì)算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。
　　 3.基于FPGA的片上邊緣測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了片上邊緣測(cè)量系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了CCD噪聲處理及CCD信號(hào)AD

4、轉(zhuǎn)換硬件電路，并使用VerilogHDL語(yǔ)言在單片F(xiàn)PGA上建立了片上邊緣測(cè)量系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 4.直線邊緣測(cè)量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及其數(shù)據(jù)分析。設(shè)計(jì)了一套直線邊緣圖像采集系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)不同形狀的零件的實(shí)際邊緣圖像進(jìn)行采集，分析了柱面零件與矩形零件實(shí)際邊緣形狀的差別。然后分別針對(duì)直徑測(cè)量和撓度測(cè)量建立了兩種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并在?shí)驗(yàn)室條件和模擬工況條件下進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明在實(shí)驗(yàn)室條件下，基于FPGA的片上邊緣測(cè)量