數(shù)字圖像刀具測量儀畢業(yè)設(shè)計論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　題 目 數(shù)字圖像刀具測量機設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　班 級 機設(shè)XXXX </p><p>　　學

2、 生 </p><p>　　學 號 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　二〇一二 年 六 月 十 日</p><p><b

3、>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)控加工過程中，提高加工效率，減少非工作時間，研制一款高效率、高精度的刀具測量系統(tǒng)是很有必要的。本文分析和比較了各種刀具測量技術(shù)，提出了利用數(shù)字圖像處理技術(shù)的刀具測量機設(shè)計方案。數(shù)字圖像刀具測量機設(shè)計包括軟件系統(tǒng)、光電系統(tǒng)和機械系統(tǒng)三大部分的設(shè)計。其中機械系統(tǒng)主要由立柱和底座構(gòu)成，采用斜輪傳動為其傳動，并提供快速和微調(diào)兩種運動調(diào)節(jié)方式，主要是作為提

4、供CCD攝像機支撐和運動平臺；光電系統(tǒng)是本設(shè)計的關(guān)鍵，本文采用CCD攝像機采集刀具圖像，選用了光學照明系統(tǒng)、圖像采集卡等輔助系統(tǒng)；軟件部分則進行刀具圖像最后的處理，也是作為人機對話的平臺。本文最后分析了在刀具參數(shù)測量過程中可能存在的誤差影響因素，并提出相應的改進方案。通過對刀具測量機的研究，我們實現(xiàn)了對刀具機外非接觸測量，對于檢測刀具磨損狀態(tài)并建立刀具參數(shù)數(shù)據(jù)庫具有一定的作用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：刀具測

5、量；圖像處理；CCD攝像機；亞像素；斜輪傳動機構(gòu)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The number is controling to process, raise to process an efficiency, reduce a non- working time, develop a style of knife o

6、f high-efficiency and high accuracy to have to measure system is have much of necessary. This text analysis and comparison various knife have a diagraph technique and put forward to make use of a number picture to handle

7、 technical knife to have to measure a machine design project. The number picture knife has to measure a machine design to include software system, optoelectr</p><p>　　Key words： Tool measurement; Image proce

8、ssing; CCD camera; Subpixel Helical, wheel drive mechanism;</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要………………………………………………………………..…….….……………….I</p><p>　　ABSTRACT……………………………………..……

9、.……………………..…………….II</p><p>　　一 前言……….……………………… ………………………………….….……………..1</p><p>　　1世界刀具測量機的研究現(xiàn)狀....................................………….………….………..1</p><p>　　2我國國內(nèi)數(shù)字圖像測量機研究現(xiàn)狀………………….…

10、 ….……………….…….2</p><p>　　3.數(shù)字圖像處理刀具測量機的用途和意義.........…………………… .…....……….2</p><p>　　4. 數(shù)字圖像測量機的設(shè)計研究內(nèi)容...….....…..….……….………….…….….3</p><p>　　二 數(shù)字圖像測量機各個部分的設(shè)計...……..….………………….…..….………….

11、4</p><p>　　1.設(shè)計參數(shù)…………………………………………………………………………..4</p><p>　　2.外形主體的設(shè)計……………………….....….………………...………………..5</p><p>　　2.1立柱的設(shè)計…………………………….…………………………………...5</p><p>　　2.2底座的設(shè)計……

12、……………………….………….…………..……………...6</p><p>　　2.3動力設(shè)計………………………………….………………………………...6</p><p>　　2.4斜輪傳動機構(gòu)………………………….……….…………………………...7</p><p>　　三 數(shù)字圖像測量機圖像捕捉部分的設(shè)計…………...…………………..……..………...9&

13、lt;/p><p>　　1光源………………………………….………….…………………………...9</p><p>　　2 CCD攝像機…………………………………….…………………………...9</p><p>　　3圖像采集卡………………………………………………………………...10</p><p>　　四 軟件系統(tǒng)………………………………………

14、.…………….…...…………………...11</p><p>　　五 刀具數(shù)字圖像處理技術(shù)...........……..……………….…………….…..….…………12</p><p>　　1數(shù)字化圖像簡介…………………………….………………....…………………12</p><p>　　2刀具圖像預處理…………………………………………………...………………..

15、 12</p><p>　　3圖像參數(shù)測量…………………………………………………...…...………………..17</p><p>　　六 誤差的分析與減少...........…..….…………………………….…..….………….21</p><p>　　1機械系統(tǒng)誤差…………………………………….......………………..21</p><p

16、>　　2光電系統(tǒng)誤差…………...………………………………………………………..22</p><p>　　3軟件誤差………...………………………………………………………………..23</p><p>　　七 結(jié)論......................……….………….……………………..….……...…..….………...24</p><p>　　參考

17、文獻......................…………….…………………..….…..……………….………….25</p><p>　　致謝......................………………….……………………..…….…………...…………….26</p><p><b>　　一 前言</b></p><p>　　現(xiàn)在數(shù)控加工技術(shù)已

18、經(jīng)達到微米級，這就使得對刀具的精度越來越高。在數(shù)控加工過程中，我們就需要將所用的刀具的尺寸參數(shù)，例如刀具的長度、直徑等。輸入到數(shù)控系統(tǒng)中，從而降低機床撞刀的可能，降低工件的廢品率，提高機床的加工速率和精度。傳統(tǒng)的道具測量方式有測量有試切法、投影法和線陣CCD測量法，但這些測量方法都存在著效率低、可靠性差的缺點。為了滿足數(shù)控加工的需要，需要研制精度高且效率高的刀具測量系統(tǒng)。</p><p>　　世界刀具測量機的研究

19、現(xiàn)狀</p><p>　　國外很多國家，特別是德國，擁有多種不同的基于圖像處理的計算機檢測技術(shù)的刀具測量產(chǎn)品。這些基于圖像處理技術(shù)的刀具測量機大部分是通過CCD攝像機采集刀具圖像送入計算機進行處理，這種處理方法不但能迅速進行瞄準測量，而且還能形成相應的刀具信息庫從而便于對刀具進行管理。在制造方面，這些機器也采用了很多先進的制造加工技術(shù)，如采用鑄鐵機體，其剛性好，穩(wěn)定性好，能夠降低刀具測量誤差提高精度。圖1.1是德

20、國ZOLLER公司的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，其優(yōu)點是快捷，精確可靠。刀具的加緊和分開是通過操作按鍵實現(xiàn)，操作界的面圖形化以及刀具測量程序的專用化都使的測量軟件易學易用。ZOLLER的產(chǎn)品采用CCD數(shù)字攝像以及Saturn影響處理技術(shù)可自動識別刀具切削刃的形狀和位置，當被測刀具的切削刃進入攝像區(qū)域，切削刃的幾何參數(shù)例如長度和半徑即等立刻就被自動測量出。該機器能夠?qū)崿F(xiàn)微米級的測量精度，同時可以減小人為誤差。圖1.2是德國凱獅公司生產(chǎn)的KALIMAT系列的

21、其中一款刀具測量機?？梢詽M足最高標準的測量要求，采用模塊式高精度主軸，其拉緊方式與普通機床相同，可安裝各種不同型號的高精度模塊式轉(zhuǎn)換套，是目前世界上最先進的刀具測量儀。</p><p>　　圖1.1 德國ZOLLER公司產(chǎn)品 圖1.2 德國凱獅KALIMAT系列刀調(diào)儀</p><p>　　2我國國內(nèi)數(shù)字圖像測量機研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前我國正

22、在快速引進刀具測量系統(tǒng)的先進技術(shù)，我國大部分的刀具測量技術(shù)仍然停留在機械光學投影式，這種測量方法主要是依靠人眼通過影屏將刀具放大后進行瞄準測量，例如天津的DTJⅡ1540型刀具測量測量儀(圖1.3)，其在使用時將刀尖輪廓成像到固定的投影屏上，利用光學投影屏的十字線對刀具進行瞄準，從而完成刀具在機床坐標系中X、Y向兩極值點的測量。這樣依靠人眼的測量會帶來人為誤差，而且測量的效率不高，同時刀具測量的數(shù)據(jù)還需要經(jīng)過人工整理后才能形成刀具庫信息

23、，因此光學投影式瞄準的刀具預調(diào)測量儀系統(tǒng)已不能適應目前高速發(fā)展的數(shù)控機床及數(shù)控加工中心的測量要求。</p><p>　　圖1.3 天津的DTJⅡ1540型刀具預調(diào)測量儀</p><p>　　綜上所述，目前國內(nèi)對于刀具測量儀的研究與國外還有一定的差距，國外的先進不僅在于它利用了數(shù)據(jù)圖像識別技術(shù)，將刀具輪廓通過攝像機直接成像并轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)形式，利用計算機直接識別處理，消除了人為的主觀誤差，而且

24、測量結(jié)果還可以不需要人為整理就可以直接形成刀具庫信息，測量效率大大地提高。國內(nèi)的測量技術(shù)不僅遠遠落后于此，而且對于此類的技術(shù)的研究也比較少?；诖耍疚膶?shù)字圖像刀具測量機進入相對深入的研究。 </p><p>　　3. 數(shù)字圖像處理刀具測量機的用途和意義</p><p>　　先進技術(shù)的飛速發(fā)展，測量技術(shù)也應該適應這種發(fā)展速度，精密測試技術(shù)在機械科學中的作用是為先進制造技術(shù)服務，負責工件

25、的質(zhì)量技術(shù)的保證。刀具測量儀的研究開發(fā)正是基于先進數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　光電系統(tǒng)能充分發(fā)揮光學與電子兩方面技術(shù)的優(yōu)越性，因此在生產(chǎn)過程中的自動監(jiān)控、圖像分析、信息處理傳輸、能源利用等各個領(lǐng)域發(fā)揮的作用越來越重要?，F(xiàn)代化的生產(chǎn)和科學實驗迫切要求開發(fā)更多的光、機、點、算一體化的非接觸測量儀器和設(shè)備。數(shù)字圖像刀具測量技術(shù)就是一種先進的非接觸測量技術(shù)。通過攝取被測目標的圖像，利用數(shù)字圖像技術(shù)進行分析，從而

26、得到被測刀具的結(jié)構(gòu)尺寸。在刀具測量過程中，利用圖像測量技術(shù)，通過選取高精度的攝像系統(tǒng)，并采取先進的圖像處理方法，可以對刀具進行高精度測量，避免人為的差錯，利用圖像處理軟件還可實現(xiàn)刀具測量的自動化，大大減少了刀具測量的時間，從而提高了測量效率和加工效率。</p><p>　　綜上所述，數(shù)字圖像刀具測量機具有良好的應用前景，研制該系統(tǒng)將會產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。</p><p>　　4. 數(shù)字圖像

27、測量機的設(shè)計研究內(nèi)容 </p><p>　　這個課題的研究目的是實現(xiàn)數(shù)控加工中心的刀具幾何參數(shù)如長度、直徑等的機外非接觸自動測量，并將數(shù)據(jù)形成刀具庫信息反饋給機床的控制系統(tǒng)，從而使機床進行精確對刀。在這個課題中我將研究下面四個主要內(nèi)容：</p><p>　?。?）確定數(shù)字圖像刀具測量機的整體設(shè)計方案，例如系統(tǒng)整體架構(gòu)、硬件設(shè)計等方案。</p><p>　?。?）斜齒

28、輪傳動機構(gòu)的設(shè)計。</p><p>　?。?）確定數(shù)字圖像處理的算法，包括圖像預處理、參數(shù)測量等。 </p><p>　　（4）確定測量系統(tǒng)存在的誤差源，并從理論上對實際測量結(jié)果的精度進行分析找到并解決減小誤差的方法。</p><p>　　二 數(shù)字圖像測量機各個部分的設(shè)計參數(shù)</p><p>　　這章根據(jù)數(shù)字圖像刀具測量

29、機系統(tǒng)的各部分組成、作用的情況，將數(shù)字圖像測量機系統(tǒng)劃分成三大部分：機械系統(tǒng)，光電系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。并依據(jù)設(shè)計指標和設(shè)計的原理對這三個組成部分進行具體分析和設(shè)計。</p><p>　　數(shù)字圖像測量機的測量原理是：由CCD攝像機收集刀具圖像，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，再通過圖像采集卡把數(shù)字信號實時傳輸?shù)接嬎銠C中，在通過專門的軟件，再由計算機對被測刀具圖像進行處理，最終確定刀具參數(shù)，并顯示在屏幕上。</p><p

30、><b>　　1.設(shè)計參數(shù)</b></p><p>　　1.1 總體外形參數(shù)</p><p>　　X×Z為350mm×400mm行程內(nèi)，并且非接觸的情況下，實現(xiàn)對數(shù)控加工中心中的刀具的長度、半徑以及角度等幾何參數(shù)的測量與反饋。測量結(jié)果要求顯示并且可以打印，測量結(jié)果的精度為±0.002mm。</p><p>&

31、lt;b>　　1.2 設(shè)計方案</b></p><p>　?。?）刀具固定，攝像機移動</p><p>　　采用支架固定刀具。在水平和豎直方向?qū)⒌毒吖潭?。將CCD攝像機安裝在滑塊上，通過移動滑塊來調(diào)節(jié)攝像機的位置，從而使刀具能夠處于合適的位置，對刀具進行圖像的采集。</p><p><b>　　（2）非接觸狀態(tài)</b><

32、/p><p>　　在非加工的狀態(tài)中，將數(shù)控加工中心的刀具從刀庫取出，并在相對靜止的狀態(tài)下對刀具進行測量。這樣獲得測量數(shù)據(jù)有相對較高的測量精度，同時也能大大縮短測量時間，提高測量的效率。</p><p>　?。?）快速移動與微調(diào)移動</p><p>　　在這個設(shè)計中對于成像采集單元的移動分為快速移動和微調(diào)移動。快速移動速度較快，用來實現(xiàn)較大距離的快速的移動，當?shù)毒哌M入成像

33、區(qū)域時就可以通過手輪進行手動微調(diào)，微調(diào)目的在于尋找成像的最佳點，使圖像清晰化。</p><p><b>　?。?）刀具幾何參數(shù)</b></p><p>　　這個設(shè)計的所設(shè)計的刀具測量機所測量的刀具幾何參數(shù)包括刀具長度和半徑以及角度等。這些參數(shù)都具有二維特性，因此可以將將這些特征放在同一個平面上對刀具進行測量。</p><p><b>

34、　?。?）自動測量</b></p><p>　　自動測量需要測量系統(tǒng)具備智能，自動測量可以避免人為的主觀的讀數(shù)造成的認為誤差。同時自動測量還可以選擇一個合適的測量方法用來減少人員在整個測量過程中的參與，從而增加其精確性，減少人為誤差。</p><p><b>　　（6）測量誤差</b></p><p>　　這個設(shè)計中所要求的測量誤差

35、在±0.002mm。這意味著在多次測量中所有的測量結(jié)果變動范圍在±0.002mm之內(nèi)。</p><p><b>　　2外形主體的設(shè)計</b></p><p>　　機械系統(tǒng)是刀具測量機的主體，主要作用是保證成像部件的移動，定位，固定和被測刀具的固定。這個設(shè)計中的刀具測量儀是將刀具固定在夾具上而成像部件位置能夠通過調(diào)節(jié)進行改變。由立柱和底座組成。其三維

36、設(shè)計如下圖2.1、2.2所示：</p><p>　　圖2.1 底座三維設(shè)計模擬</p><p>　　圖2.2 立柱三維模擬</p><p><b>　　2.1立柱的設(shè)計</b></p><p>　　立柱是實現(xiàn)機械系統(tǒng)Z方向定位的部分。主要有導軌、光桿、斜齒輪傳動機構(gòu)、配重塊和與CCD攝像機連接的氣動鎖緊裝置構(gòu)成。其調(diào)節(jié)方

37、式與X軸的調(diào)節(jié)方式基本相同。通過配置塊將氣動鎖緊裝置連接起來，當打開去連鎖裝置就可以實現(xiàn)快速移動，并可以通過進行手輪實現(xiàn)微調(diào)。</p><p><b>　　2.2 底座的設(shè)計</b></p><p>　　如圖2.1所示，底座為儀器基礎(chǔ)部分，由導軌、斜齒輪傳動機構(gòu)、光桿、氣動鎖緊裝置組成。由底座的導軌光桿和氣動裝置操縱X軸方向的移動。X軸方向的移動分為快速移動和微調(diào)移動

38、。按住去連鎖按鈕打開氣缸，解除鎖住阻力，用手輪就可以實現(xiàn)X方向的快速移動。當需要微調(diào)時，利用快速調(diào)節(jié)手柄，利用齒輪傳動和帶齒輪傳動實現(xiàn)光桿的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)其X方向微調(diào)移動。</p><p>　　2. 3 動力的設(shè)計</p><p>　　由于氣壓傳動具有以下優(yōu)點，因此X、Z方向移動采用的都是氣壓傳動裝置：</p><p>　?。?）動作迅速，調(diào)節(jié)方便，反應快，維護比較簡單

39、，系統(tǒng)有故障時排除容易。</p><p>　　（2）空氣的粘度小，流動時壓力損失較小，節(jié)能并且高效。</p><p>　?。?）工作介質(zhì)是空氣，空氣來源方便，使用后可直接排入大氣并且無污染，不需要專門的回收裝置。</p><p>　?。?）工作環(huán)境的適應性好。適合在易燃、多塵、潮濕、易爆、強磁、振動、輻射等惡劣環(huán)境下工作。</p><p>　

40、?。?）成本低，但同時具有過載保護功能。</p><p>　　氣動設(shè)計圖如下圖2.3所示：</p><p>　　圖2.3 X、Z軸氣動設(shè)計圖</p><p>　　這個設(shè)計氣泵選擇的是靜音空氣壓縮機，他的參數(shù)如下：</p><p><b>　　表2-1 氣泵參數(shù)</b></p><p>　　2.

41、4傳動機構(gòu)的選擇設(shè)計</p><p>　　常見的將轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)化成直線運動的機構(gòu)有：螺桿螺母、曲柄滑塊機構(gòu)、凸輪頂桿機構(gòu)和齒輪齒條等。這個設(shè)計采用的是斜齒輪傳動機構(gòu)來實現(xiàn)將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成直線運動的。</p><p>　　因為設(shè)計指標的要求，這個裝置要實現(xiàn)采集圖像部分快速移動和微調(diào)移動兩種定位結(jié)合的移動定位方式。螺桿螺母式傳動機構(gòu)相對有一定的缺點：1、不能采用氣動動力。2、不利于快速移動和微調(diào)的同

42、時設(shè)計；3、螺桿螺母傳動需要加潤滑油；4、螺母螺桿傳動的加工比較困難。5、易進入灰塵，加劇磨損，不適合精密測量的要求。而此設(shè)計不需要有準確的傳動比，因此可以采用斜齒輪傳動機構(gòu)。</p><p>　　斜齒輪傳動機構(gòu)是一種利用斜齒輪和光軸實現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的機構(gòu)，不僅能能夠避免上述螺桿螺母的缺點并且還具有微米級移動、過載保護。正反向微動時無空回、無間隙，并且開合順暢等的優(yōu)點。斜齒輪傳動機構(gòu)原理如下：當兩個摩

43、擦滾輪軸線形成一個角度α時，此時兩摩擦輪的相互作用力就不會是沿兩輪作用點處與軸線垂直的切線方向，而是成一個角度，因此會有一個沿軸線方向的分力，如圖2.4，我們利用這個分力就可以使得旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動。</p><p>　　圖2.4 斜輪傳動原理圖</p><p>　　這個設(shè)計要求既能實現(xiàn)自動快速移動，又能實現(xiàn)手動的微調(diào)定位，我們結(jié)合上述氣動傳動的優(yōu)缺點，故把斜齒輪傳動機構(gòu)與氣動傳動結(jié)合

44、起來(設(shè)計圖如下圖2-5所示)。當需要快速移動時，打開氣閥，使氣體通入，推動頂桿，此時就會撐開壓緊的斜齒輪，用手即可輕松將滑塊沿光桿移動。當松開氣閥，由于彈簧推力的作用，作為斜齒輪的軸承同時把光桿壓緊，此時雖然不可輕松的移動機構(gòu)，但是可以轉(zhuǎn)動光桿，通過這個原理，六個軸承因為有向上的分力支持，就可使滑塊機構(gòu)沿著光桿直線移動。</p><p>　　圖2.5 斜輪機構(gòu)裝配圖</p><p>　　

45、光桿轉(zhuǎn)動時,斜齒輪的軸承的移動量與其傾斜角α和光桿的直徑的大小有關(guān)，機構(gòu)導程為。本設(shè)計D=10mm，傾斜角α雖然在實際加工中很難控制，但控制在±3以內(nèi)。因此每轉(zhuǎn)動手輪一周就可以將斜齒輪的所以移動量控制住1.65mm左右，誤差很小，也就實現(xiàn)了微調(diào)的作用。</p><p>　　三 數(shù)字圖像測量機圖像捕捉部分的設(shè)計</p><p>　　光電系統(tǒng)是數(shù)字圖像刀具測量機的工作銜接單元，是實現(xiàn)

46、對刀具進行準確測量的前提。主要有成像系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、控制電路模塊和圖像采集卡等組成。其作用主要有:1、提供光源，為被測刀具提供較均勻的光線照明；2、獲取準確的被測刀具的圖像后轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像；3、將圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)傳并輸?shù)接嬎銠C中進一步處理。</p><p><b>　　1. 光源</b></p><p>　　數(shù)字圖像刀具測量機首先是需要將待測量部分通過CCD攝像機進行成

47、像，為了提高CCD相機成像效果，就需要提供一種亮度高、比較穩(wěn)定和均勻的光源。常用的圖像檢測光源有白熾燈、鎢燈、閃光燈、氖燈、熒光燈、激光二極管、LED、石英鹵素燈、鈉燈等。光源對圖像采集系統(tǒng)的所得到的圖像的質(zhì)量影響很大，有較多的要求。通過綜合比較，LED燈光源壽命長且穩(wěn)定性較強，同時具有高速閃光能力，可以保證圖像采集系統(tǒng)能夠長時間地獲得穩(wěn)定的光線照明。因此本設(shè)計選取LED光源。</p><p><b>

48、　　2 CCD攝像機</b></p><p>　　CCD，英文全稱：Charge-coupled Device，中文全稱：電荷耦合元件?？梢苑Q為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel）。一塊CCD上包含的像素數(shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。CCD上有許多排列

49、整齊的電容，能感應光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。經(jīng)由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電荷轉(zhuǎn)給它相鄰的電容。</p><p>　　CCD成像系統(tǒng)主要有兩種，一種是CCD攝像機，一種是CCD相機。由于CCD相機主要拍攝靜態(tài)景物，不適合實時的監(jiān)測，所以這個設(shè)計我們采用CCD攝像機。</p><p>　　CCD攝像機的原理是被攝物體的圖像經(jīng)過鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強弱積累相應

50、比例的電荷，各個像素積累的電荷在控制下，逐點外移，經(jīng)濾波、放大處理后，形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監(jiān)視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。</p><p>　　CCD攝像機實時攝取被測刀具的圖像，在內(nèi)部轉(zhuǎn)化為PAL制式，再通過接口和數(shù)據(jù)采集卡進行連接。CCD靶面為6.70×5.18，像素752×582，實際上采集卡采集的圖像是是640×480，像元的面積為5

51、.70×4.27，光學放大為5倍，對CCD圖像的數(shù)據(jù)再進行細分測量分辨可以達到0.213這個數(shù)量級，讀數(shù)最小單位0.1，視場1.139×0.855。</p><p>　　這個設(shè)計采用的是上海近鄰電子有限公司的TACHI 彩色攝像機，它的參數(shù)如下表2所示：</p><p>　　表2-2 TACHI 彩色攝像機</p><p><b>　　

52、圖像采集卡</b></p><p>　　圖像采集卡（Image Capture Card），又稱圖像捕捉卡，是一種可以獲取數(shù)字化視頻圖像信息，并將其存儲和播放出來的硬件設(shè)備。很多圖像采集卡能在捕捉視頻信息的同時獲得伴音，使音頻部分和視頻部分在數(shù)字化時同步保存、同步播放。其功能是將圖像信號采集到電腦中，以數(shù)據(jù)文件的形式保存在硬盤上。圖像采集卡是實時采集與顯示圖像的銜接部分，是CCD數(shù)碼相機的視頻輸出到P

53、C微機的中轉(zhuǎn)站。在這個社計中，圖像采集卡用來接收CCD攝像機的視頻信號，將被測的刀具對刀狀態(tài)的影像傳送到計算機上，以便于計算機下一步對圖像處理和操作。</p><p>　　本設(shè)計采用的是天敏圖像采集卡，其性能指標如下表3：</p><p>　　表2-3 圖像采集卡性能指標</p><p><b>　　四 軟件部分</b></p>

54、<p>　　數(shù)字圖像刀具測量機的軟件部分主要具有四個功能，分別為圖像采集、圖形處理、曲線擬合和數(shù)據(jù)管理。從功能的角度來看，軟件系統(tǒng)包括輸入輸出模塊（I/O）、數(shù)據(jù)采集模塊、圖像處理及測算模塊和刀庫數(shù)據(jù)管理存儲四個功能模塊：。</p><p>　　圖4.1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　系統(tǒng)軟件部分主要完成以下功能：</p><p>　?。?）圖像

55、采集功能：通過USB接口，控制將CCD攝像機所拍攝的圖像所采集的數(shù)據(jù)采集到計算機上。</p><p>　　（2）圖像預處理功能：將采集到的圖像進行濾波、灰度化處理和圖像分割預處理。</p><p>　　（3）邊緣輪廓提?。豪脠D像的灰度直方圖分布計算得到該圖像灰度的閾值，再根據(jù)閾值將圖像二值化，再根據(jù)二值化形成銳化圖像，然后逐列、行驚醒掃描，搜索圖像的邊緣，最終獲得圖像的邊緣的曲線。<

56、;/p><p>　?。?）輪廓特征點識別：控制計算機識別出被測刀具圖像存在的角點、圓弧段、切點和直線段等。</p><p>　?。?）控制計算機經(jīng)圖像和數(shù)據(jù)進行打印和存儲功能。</p><p>　　五 數(shù)字圖像處理技術(shù)</p><p>　　刀具測量機的最重要的部分就是圖像處理技術(shù)，通過圖像處理，將CCD攝像機所拍攝的刀具圖像轉(zhuǎn)化的數(shù)字圖像中的刀具

57、的參數(shù)提取出來，最終得到刀具的數(shù)據(jù)。圖像處理技術(shù)分為兩類：模擬圖像處理和數(shù)字圖像處理。其中模擬圖像處理分為光學處理和電子處理，像照相、遙感圖像處理、電視信號的處理等是模擬圖像處理。其優(yōu)點是能實時處理，處理速度快，速度甚至達到光速，但是模擬圖像處理的精確度差，很難對非線性圖像進行處理。數(shù)字圖像處理技術(shù)則恰恰相反，是利用計算機軟件的處理和實時的硬件數(shù)據(jù)的傳遞，精度高，并且可進行復雜的非線性處理，所以在這個測量刀具儀中我們選擇數(shù)字圖像處理技術(shù)

58、。</p><p><b>　　數(shù)字化圖像簡介 </b></p><p>　　計算機只能處理數(shù)字而無法直接處理圖像，因此我們要把這些圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，這這些轉(zhuǎn)化后的圖像就是數(shù)字圖像。在轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像時，我們定義把每個像素由位置和灰度作為兩個屬性，其中位置用坐標系表示，灰度則由像素的表示亮暗程度數(shù)字表示。因此數(shù)字圖像就是用坐標和表示亮暗程度的數(shù)字組成的。</p&

59、gt;<p><b>　　刀具圖像預處理</b></p><p>　　，減少噪聲同時將CCD相機的彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像和進行圖像的二值化處理等稱為圖像的預處理。攝像機拍攝的刀具圖像，會因為受到外界的干擾，例如受到光線不均勻、刀具表面污染等因素的影響，刀具的圖像會不很清晰，總大誤差，圖像的預處理就變得必要了。</p><p><b>　　2.1

60、 圖像灰度化</b></p><p>　　彩色圖像是由紅、綠和藍組成，但是灰度圖像僅能顯示256色灰度級，因此在圖像灰度化處理時候，我們首先要把它轉(zhuǎn)化為256位的色圖，軟件系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)處理方法分為三種：（1）最大值法，就是選擇R、G、B三個值中最大的一個作為灰度值。因此這種方法形成的灰度圖像亮度會很高。（2）平均值法，就是把R、G、B三個值的平均值作為灰度值，因此這鐘方法會形成比較柔和的灰度圖像。（

61、3）加權(quán)平均值法，我們知道人眼對各個不同的顏色的敏感程度是不同，看紅、藍、綠等顏色的感覺也不同，這樣我們就可以賦予各種顏色不同的權(quán)值，利用加權(quán)平均的方法來求得灰度值，即。通過查閱相關(guān)資料而藍色最弱，，賦予=0.3，=0.59,效果最好。</p><p><b>　　圖像邊緣檢測</b></p><p>　　灰度值不連續(xù)造成邊緣，因此圖像的邊緣信息在頻域中表現(xiàn)為高頻分量

62、，邊緣檢測的過程實際上就是一個高頻增強的過程。我們在尋找邊緣的時候，可以根據(jù)這種灰度不連續(xù)這一特征，利用一階導數(shù)和二階導數(shù)來檢測邊緣。邊緣的種類可以分為以下兩種：第一種是階躍邊緣，邊緣線相鄰兩邊像素灰度值有很明顯的不同，二是屋頂狀邊緣，這種邊緣出于灰度值從增加到減少變化的轉(zhuǎn)折點。如下圖7所示，前免得兩列就是階躍邊緣，后面兩列是屋頂狀邊緣。我們可以利用一階導數(shù)的幅度值來檢測邊緣，一階導數(shù)圖形的處即是此處為邊緣，二階導數(shù)過零點來檢測邊緣位置

63、。二階導數(shù)的數(shù)值還可以表示灰度的突變類型。二階導數(shù)達到局部最小值，則該處為屋頂狀邊緣點。若在像素點上發(fā)生零交叉，則為階躍邊緣點。</p><p>　　但是很多情況下，只利用一階導數(shù)可能找不到邊緣。例如在灰度變化均勻的圖像中，此時我們可以利用二階導數(shù)來尋找邊緣信息。但是又存在噪聲，三階及三階以上的導數(shù)就沒法運用了，因此在實際的應用中，只會利用到一階導數(shù)和二階導數(shù)。利用二階導數(shù)同樣也會對噪聲敏感，在利用二階微分前，需

64、要先對圖像進行平滑濾波，消除絕大部分噪聲。</p><p>　?。╝）階 躍邊緣 （b）屋頂邊緣</p><p>　　圖5.1 兩種常見的邊緣和一階導數(shù)和二階導數(shù)</p><p><b>　　3.1 圖像分割</b></p><p>　　圖像分割就是把刀具圖像分成許多合適的區(qū)域。到目前

65、為止分割圖像的方法只依靠圖像信息中的部分特征，像是灰度差別、彩色差別、局部紋理差別等。依靠這些特征將圖像分成不同的目標物體，叫做感興趣區(qū)。用各種特分割出的感興趣區(qū)不是像同的。因此針對不同圖像特征的分割方案，就會表現(xiàn)出不同的效果，所以每一種分割方案都有一定的缺陷，我們根據(jù)我們需求到達程度來選擇不同的分割方案。此次設(shè)計采用基于直方圖的最佳門限圖像分割。</p><p>　　灰度的直方圖反應的是在一幅數(shù)字圖像中的灰度級

66、和出現(xiàn)這種灰度分布的概率的一種合成圖形，它反應的是圖像灰度分布特性。如下圖實例，刀具與其直方圖分布圖形：</p><p>　　圖5.2 刀具原始圖像</p><p><b>　　圖5.3直方圖分布</b></p><p>　　如圖5.3所示，橫坐標為灰度值V，縱坐標是對應的灰度值的像素數(shù)量。</p><p><b&

67、gt;　　即： </b></p><p>　　通過一副直方圖，我們就可以看出一幅圖像的質(zhì)量好壞，亮暗分明圖像的直方圖應該是一條雙峰曲線。如果因為圖像曝光過度，則該圖像的直方圖會只有一個峰值，并且灰度級處于較高處。如果曝光不足，就會出現(xiàn)只有一個峰值且位于灰度級較低處則將直方圖的谷點的灰度作為門限T，按如下處理可得到二值圖像:</p><p>　　非 二值化得分割，仍以上例討論，將

68、直方圖分為兩部分，構(gòu)成兩幅圖像</p><p>　　為了更精確地找到圖像中的物體邊緣，首先把圖像分成幾個只有物體和背景、單純的物體和單純的物體三類區(qū)域。只有單純的物體和單純的背景圖像則是單峰直方圖，而背景與物體都有的圖像的直方圖則是雙峰直方圖。有雙峰的則采用最佳門限法來區(qū)分物體和背景。</p><p>　　上例刀具運用直方圖的最佳門限分割方式得到圖像如下：</p><p

69、>　　圖5.4 基于直方圖最佳門限分割</p><p><b>　　3.2 輪廓提取</b></p><p>　　輪廓的提取需要進行圖像輪廓，用邊緣點的順序作為存儲邊緣點的數(shù)據(jù)的順序。，直線段和圓弧段組成刀具的輪廓，為了測量圓弧和直線段的長度和角度的幾何參數(shù)以及其半徑和角度幾何參數(shù)，并進一步識別輪廓，圖像處理時需要搜索輪廓的角度和切點等特征點。 </p&g

70、t;<p>　　刀具圖像輪廓跟蹤的原理是從刀具梯度圖中的一個邊緣點開始，依次搜索并連接相鄰的邊緣點，然后逐步地檢測出邊界，我們規(guī)定順時針為檢測邊緣的正方向。噪聲也會存在于輪廓提取的過程，所以所得到的是包涵噪聲的單像素相互連通的輪廓。由于刀具所占的區(qū)域較大，而噪聲所包含的區(qū)域很小，我們就可提取最長的線用來作為刀具的輪廓線。</p><p>　　以上面的刀具為例，將可以得到初步輪廓提取如圖5.5所示，然

71、后進行再去噪處理得圖5.6所示：</p><p>　　圖5.5 初步輪廓提取</p><p>　　圖5.6輪廓去噪處理</p><p>　　特征點的提取對圖像描述和建模有著重要的影響，它包涵了很多圖像信息，是識別曲線的重要依據(jù)。輪廓的拐點就是輪廓直線與直線之間的分界點，輪廓切點是曲線與直線的分界點。通用的提取方法是采用最小二乘法提取特征點。</p>&

72、lt;p><b>　　拐點的提取如下：</b></p><p>　　1、設(shè) 拐角點區(qū)域大小為n，在區(qū)域中的點處，并且取 及其左邊共m+1點擬合曲線，計算其左斜率，同理取及其右邊共 m+1點擬合曲線，計算其右斜率；</p><p>　　2、計算n區(qū)域中全部點的左右斜率，就會得到序列，。 （k=1，…,n）， 再計算左右斜率差分值，得到差分值最大處的p點即為角點。&

73、lt;/p><p>　　確定切點的方法如下：</p><p>　　1、利用最小二乘法擬合出切點區(qū)域附近的曲線；</p><p>　　2、計算出擬合后的所有點的坐標，并根據(jù)公式：</p><p><b>　　K=</b></p><p>　　并計算出各點新曲率；</p><p>

74、　　3、計算曲率差分，從曲率大的方向即圓弧段開始搜索差分序列，當某點處曲率差分小于某閾值時，就可以認為從此點開始進入直線段，此點即為切點。</p><p><b>　　4. 圖像參數(shù)測量</b></p><p><b>　　4.1 亞像素測量</b></p><p>　　在數(shù)字圖像測量中，對測量精度起到關(guān)鍵性作用的有3個環(huán)

75、節(jié)：（1）CCD相機的物面分辨率；（2）CCD相機投影系統(tǒng)的標定和誤差修正精度；（3）圖像目標的定位精度。為了提高系統(tǒng)精度，可根據(jù)上述三種原因給予解決。但是出于經(jīng)濟考慮，通過提高硬件的分辨率往往是不經(jīng)濟的。而利用軟件的處理方法來解決圖像中目標高精度定位問題則是一種經(jīng)濟型選擇。這就需要我們將刀具圖像的邊緣提高到亞像素級別，對圖像目標進行高精度定位。亞像素測量是CCD攝像頭的非接觸測量的核心技術(shù)。理論上能對測量精度提高2個數(shù)量級，但是由于受

76、到噪聲的影響，實際上提高不到2個數(shù)量級，但是至少可以提高一個數(shù)量級。</p><p>　　4.2 亞像素邊緣的定位</p><p><b>　　（1）B樣條擬合法</b></p><p>　　B樣條是一種平滑和內(nèi)插技術(shù)。最早是由I.J.Schoenberg于1946年提出來的，20世紀60年代以后得到了很大的發(fā)展。B樣條不必通過結(jié)點，因此它能更

77、平滑擬合曲線。B樣條的擬合多項式是：</p><p>　　其中，，…為引導序列結(jié)點，0≦t≦1。 </p><p>　　對于擬合得到的曲線求二階導數(shù)，尋找曲線二階微分中過零點，該點即為該點即為亞像素邊緣點。</p><p><b>　?。?）插值細分法法</b></p><p>　　差值細分法有：近鄰取樣法、雙線性內(nèi)插法

78、和三次卷積法。</p><p>　　近鄰取樣法是通過反向變換得到一個浮點坐標，對其進行簡單的取整，得到一個整數(shù)型坐標，這個整數(shù)型坐標所對應的像素值就是目的像素值。近鄰取樣法簡單直觀但是圖像質(zhì)量不高。</p><p>　　雙線性內(nèi)插法目的像素值是由原圖像的四個坐標（i，j）、（i+1，j）、（i，j+1）和（i+1，j+1）所決定的，即：</p><p>　　雙線性內(nèi)

79、插法相對而言得到的圖像質(zhì)量比較高，但是由于其具有低通濾波器的性質(zhì)，使高頻分量受損，所以得到的圖像輪廓在一定程度上變得模糊。</p><p>　　（3）三次卷積法能夠克服上述方法的不足，它考慮浮點坐標（i+u，j+v）周圍的16個鄰點。計算公式如下：</p><p>　　其中三次樣條差值函數(shù)如下：</p><p>　　經(jīng)試驗證明，近鄰取樣法得到的圖像質(zhì)量最差，但是采用

80、三次卷積所得圖像質(zhì)量最好。通過雙線性內(nèi)插法得到的圖像一般。</p><p>　　4.3 系統(tǒng)的標定 </p><p>　　計算機圖像處理，計算機所得到的圖像是以像素為基本單位的，因此測出該圖像的實際尺寸，就需要知道每個像素的尺寸大小，也就需要對系統(tǒng)進行標定。系統(tǒng)的標定分為兩種方法，單獨標定和同步標定。</p><p>　　單獨標定的原理是將一個標準塊單

81、獨至于CCD下，拍照后將其圖像傳輸?shù)接嬎銠C中，查看該標準塊長度方向的像素數(shù)，再計算出每個像素的大小，并保存。</p><p>　　同步標定與單獨標定不同，它是將刀具與標準塊放在同一視場中，拍攝成同一幅圖像。先根據(jù)標準塊地尺寸標定出每個像素的尺寸，再計算測量出圖像的尺寸。</p><p>　　4.4 尺寸的測量 </p><p>　　設(shè)標準塊地實際長度是L，軟件測

82、得像素為N，則標定得每個像素代表值為</p><p>　　可根據(jù)上述標定值，計算出刀具的幾何參數(shù)。由設(shè)計任務知，此次設(shè)計的設(shè)計參數(shù)為刀具長度和半徑。</p><p>　　測量長度時，如下圖6.7所示：</p><p>　　圖6.7 長度測量示意圖</p><p>　　首先我們在圖像邊緣分別選取隨即幾個點，再根據(jù)最小二乘法擬合出AB,CD的直線

83、方程如下：</p><p>　　則AB上的點到CD的距離利用距離公式即可求出：</p><p>　　半徑的測量分為圓弧法和相切法兩種，如下圖所示：</p><p>　　圖5.8圓弧法求刀具半徑 圖5.9相切法求刀具半徑</p><p>　　圖5.8所示的就是一種利用圓弧法求出半徑得方法，在圖像中選取n點，再利用最小

84、二乘法擬合出圓弧方程，通過該方程在計算出圓弧半徑。圖5.9則是利用相切法求出圓弧的半徑，這是利用與圓弧相切的兩條直線信息計算出圓弧半徑的方法，利用圓心在兩切線的角平分線上，圓心到B點的距離與圓心到兩直線距離相等的原理，逐步搜索出圓心，再求出半徑。</p><p>　　6 誤差的分析和減小</p><p>　　誤差是不可避免的，即使是理論上的誤差都不可避免，無論任何機器都會有誤差，這個設(shè)計也

85、同樣有誤差，但誤差有大有小，通過分析誤差的來源，找到并減小誤差的方法，是提高精確度的很好地方法。誤差包括機械系統(tǒng)誤差，人為誤差，光電誤差和軟件系統(tǒng)的誤差。</p><p><b>　　機械系統(tǒng)誤差</b></p><p>　　在數(shù)字圖像刀具測量儀的機械系統(tǒng)誤差中，機械系統(tǒng)會產(chǎn)生大約70%多的誤差。機械系統(tǒng)誤差主要是指因為機械結(jié)構(gòu)的形變產(chǎn)生的誤差，結(jié)構(gòu)形變產(chǎn)生的誤差主要

86、有靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差兩種。</p><p><b>　　1.1 靜態(tài)誤差</b></p><p>　　靜態(tài)誤差主要是由結(jié)構(gòu)件受自重或由靜載荷而產(chǎn)生的誤差，在這個設(shè)計中包括立柱和橫梁的形變等，主要的靜態(tài)誤差是在結(jié)構(gòu)件加工和安裝時就產(chǎn)生的。為了減少靜態(tài)誤差，將立柱設(shè)計成長方體形狀，把立柱中間設(shè)計成孔板的樣式，減少立柱重量，并采用灰鑄鐵增加其剛性。而對于橫梁的設(shè)計，減少橫梁

87、橫向長度，減少橫梁自身重力產(chǎn)生的彎矩，同時采用剛性較好的灰鑄鐵。其結(jié)構(gòu)如下圖4-1所示：</p><p>　　圖6.1 立柱和衡量的設(shè)計</p><p><b>　　1.2動態(tài)誤差</b></p><p>　　動態(tài)誤差也叫隨機誤差，主要是由包括溫度、聲音和振動等環(huán)境條件的變化而產(chǎn)生的不可預測控制的誤差。例如溫度的變化不僅能使機械結(jié)構(gòu)由于熱脹冷縮

88、產(chǎn)生形變，也同時影響著CCD攝像機的性能。噪聲也會產(chǎn)生一定的動態(tài)測量誤差，這種誤差是隨機的，在通常情況下是很微小的。被測刀具或者CCD攝像機的微小振動都會造成圖像形變，而像元又非常小，刀具或攝像機的微小振動就會引起很大的動態(tài)誤差。</p><p>　　為了減少動態(tài)誤差，保持設(shè)備的周圍良好環(huán)境；保障周圍的溫度恒定并在此溫度下進行測量標定；在測量刀具參數(shù)的時候盡量關(guān)閉周圍有噪聲或者振動的生源和振動源；再將刀具和被測刀

89、具都放置于隔振平臺上是很有必要的。</p><p><b>　　2 光電系統(tǒng)誤差</b></p><p>　　2.1 圖像畸變誤差 </p><p>　　成像系統(tǒng)未能使拍攝的圖像與實際的景物滿足中心投影關(guān)系被稱為CCD攝像機的圖像畸變誤差。圖像畸變是由于變焦鏡頭、CCD攝像儀、放大鏡等光學元件的非線性

90、變化造成的。圖4-2是成像區(qū)域內(nèi)的筒形畸變示意圖。在成像區(qū)域的中間畸變最小，以此為畫圓，畸變的小逐級擴散增加。在圖像采集系統(tǒng)中，系統(tǒng)采集畸變屬于系統(tǒng)誤差，采用定標校推的方法來消除。</p><p>　　圖6.2 像場內(nèi)簡形畸變示意圖</p><p>　　2.2 由于CCD光電轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的誤差</p><p>　　如圖4-3所示，圖中橫軸表示曝光量，縱軸表示輸出信號對應

91、的電壓值。CCD光電轉(zhuǎn)換的特征點在曲線拐點 G（對應的曝光量為飽和曝光量）之前具有很好的線性關(guān)系，但是當曝光量大于時候，CCD輸出信號不會隨曝光量增加而增加，因此應該使曝光量控制在以內(nèi)。</p><p>　　圖6.3 CCD光電轉(zhuǎn)換特性</p><p>　　2.3 焦距誤差 </p><p>　　CCD相機即使在對同一刀

92、具進行拍攝時，CCD相機的焦距也會自動地發(fā)生輕微的變動，這就會影響圖像的標定值的準確，從而導致動態(tài)測量誤差。我們針對這樣產(chǎn)生的焦距誤差，采用同步標定的方式來降低誤差。</p><p><b>　　3軟件誤差</b></p><p>　　.3.1圖像處理誤差</p><p>　　圖像處理誤差包括亞像素的定位誤差和輪廓特征點誤差。輪廓特征點誤差指的

93、是因為圖像輪廓的角點、切點、定位不準確，從而導致輪廓分段誤差。亞像素定位誤差指的是由于亞像素算法是基于圖像數(shù)學模型，當理論模型同實際圖像相差較大時，邊緣定位會產(chǎn)生較大誤差。減少亞像素定位誤差的方法包括在確定切點、角點，選擇相應的閾值，從而特征點定位更加準確；針對邊緣測量，選擇不同的亞像素方法。</p><p>　　3.2 計算累計誤差</p><p>　　計算機計算數(shù)據(jù)是以二進制計算的，但

94、是因為處理器位數(shù)有限，因此無論是定點數(shù)或浮點數(shù)精度都有限，計算機處理器位數(shù)越高，計算的精度也越高。在計算中會不斷地出現(xiàn)因位數(shù)不足出現(xiàn)的誤差，累積起來便會很大。 因此在制作程序是，應該盡可能的運用簡單公式或把復雜公式簡單化，變量定義為適當精度類型，減少計算的累計誤差。</p><p>　　3.3 數(shù)值計算方法引入的誤差</p><p>　　計算時采用不同的數(shù)值的計算方法得到的結(jié)果的精度不一樣

95、，甚至特殊的數(shù)值計算方式會產(chǎn)生計算錯誤。就像擬合圓弧時如果輪廓點的坐標值過小，擬合的誤差也較小，我們可以先平移到圓心附近擬合后再平移回去，進行計算。</p><p>　　3.4 像素當量的舍入誤差</p><p>　　圖像采集過程中，從儀器坐標系轉(zhuǎn)化的圖像坐標系時，這樣就會存在像素當量的舍入誤差。</p><p><b>　　七 結(jié) 論</b&

96、gt;</p><p>　　這個論文對數(shù)字圖像刀具測量機進行了較為深入的研究，用CCD攝像機采集刀具圖像并轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像，并運用軟件通過圖像處理自動計算出刀具尺寸參數(shù)，避免了人為讀數(shù)所造成的主觀誤差，實現(xiàn)了刀具機外的非接觸測量。文章最后還針對刀具測量機所可能產(chǎn)生的誤差做了簡單的分析，并提出相應的避免方法，具有一定的實踐意義。</p><p>　　本文完成的主要工作如下：</p>

97、<p>　?。?）通過對國內(nèi)外現(xiàn)狀的分析比較，提出基于CCD攝像機的數(shù)字圖像測量方案，并對設(shè)計各模塊進行細分為機械系統(tǒng)、光電系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)三部分。</p><p>　?。?）對于刀具測量機機械部分進行三維整體優(yōu)化設(shè)計，采用手動微調(diào)和快速調(diào)節(jié)兩種方案，這種調(diào)節(jié)方式使通過微調(diào)傳動機構(gòu)的設(shè)計來實現(xiàn)的。</p><p>　　（3）對刀具圖像輪廓通過相關(guān)處理，再通過亞像素算法進行測量。

98、</p><p>　　（4）對系統(tǒng)的誤差及其來源進行了簡單分析，并提出相關(guān)的減少誤差的方案。</p><p>　　本設(shè)計是本人借鑒國外已有的相關(guān)產(chǎn)品結(jié)合自己所學知識進行的簡單理論設(shè)計，面向企業(yè)制造及市場化還有很多地方需要完善和改進。本人認為以后還要在以下幾個方面展開研究：</p><p>　?。?）從光源、鏡頭和CCD攝像頭等各方面提高光學系統(tǒng)的成像質(zhì)量，獲得高質(zhì)量

99、圖像，是后續(xù)測量的基礎(chǔ)。</p><p>　?。?）提高二維位移系統(tǒng)的剛度，減少其誤差影響。減輕其質(zhì)量，方便其搬運。</p><p>　?。?）刀具刀刃自動識別，實現(xiàn)快速自動測量。</p><p>　?。?）輪廓的完全圖形矢量化。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>

100、;　　[1] 馬榮貴, 宋宏勛. CCD位移傳感器結(jié)構(gòu)參量計算方法[J]. 光子學報. 2001. 30(2): 225-227 </p><p>　　[2] 余震, 曾曉燕. CCD傳感器在工業(yè)測控中的應用現(xiàn)狀及展望[J]. 計量與測試技術(shù), 2002, 3, 30-32</p><

101、p>　　[3] 王建民, 浦昭邦, 晏磊等. 二維圖像測量機系統(tǒng)的研究[J]. 儀器儀表學報, 2001, 22(4): 349-354</p><p>　　[4] 王躍科, 楊華勇, 呂海寶. CCD圖像傳感技術(shù)的現(xiàn)狀與應用前景[J]. 光學儀器, 1996, 18, (5): 32-37</p><p>　　[5]張為民, 鄧凌. 刀具預調(diào)系統(tǒng)的自動化機械工人[M]. 冷加工,

102、2002, 9</p><p>　　[6]龐光富. 一種高精度圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計與特點[J]. 光學技術(shù), 1997, (1): 42-46</p><p>　　[7] 孫忠林. 刀具預調(diào)測量儀器的選用與管理[J]. 制造技術(shù)與機床. 1996, 11: 19-20</p><p>　　[8]袁圣軍. 1610型刀具預調(diào)測量儀的研制[J]. 工具技術(shù), 36(6):

103、 50-51</p><p>　　[9] 鄭穎君, 陳吉武. CCD測量系統(tǒng)光學設(shè)計實用方案[J]. 光電技術(shù). 2001, 31(6): 367-369</p><p>　　[10]吳福田, 馮書文. CCD尺寸測量光學系統(tǒng)設(shè)計原理[J]. 應用光學. 1994. 15(5): 20-24</p><p>　　[11] 孔丹, 李介谷. 基于空間矩的灰度邊緣亞像元

104、度量精度分析[J]. 紅外與激光工程, 1998, 27(2): 6-10</p><p>　　[12] 趙雪松, 陳淑珍. 綜合全局二值化與邊緣檢測的圖像分割方法[J]. 計算機輔助設(shè)計與圖形學學報, 2001, 13(2): 118-121</p><p>　　[13] 王英惠, 吳維勇, 趙汝嘉. 平面輪廓的分段與識別技術(shù)[J]. 計算機輔助設(shè)計與圖形學學報, 2002, 14(12

105、): 1142-1145</p><p>　　[14] 張紅娜. 圖像測量技術(shù)及其應用[J]. 電測與儀表. 2003. 40(451): 19-21</p><p>　　[15] E.P.Lyvers, O.R.Mitchell. Subpixel Measurement Using a Moment-Based Edge Operato[J] .IEEE Transactions on

106、 Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1989, Vol.11, No.12, 1293-1309</p><p>　　[16] Sugata Ghosal, Rajiv Mehrotra. Detection of Composite Edges[J]. IEEE Transactions on Image Processing, 1994, Vol.3, No

107、.1: 14-25</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在論文即將完成之際，我想向三個月來一直給予我?guī)椭椭С值睦蠋?、同學們表示衷心的感謝。</p><p>　　首先我要感謝導師吳長忠老師。感謝吳老師細心的指導，導師淵博的知識，極高的理論素養(yǎng)和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，敬業(yè)精神，以及強烈的時間觀念等使我在畢業(yè)論文寫作階段

108、中受益匪淺；感謝吳老師在我的論文題材選擇、構(gòu)思、修改及布局排版等各個環(huán)節(jié)給予悉心的指導，吳老師在整個畢業(yè)設(shè)計階段都在高度關(guān)注我的設(shè)計進度，成為我能按質(zhì)按量完成任務的強大動力，在此學生謹向杜老師和吳老師表示真誠的感謝。</p><p>　　其次我要感謝同組的同學，在我論文修改過程中提出了寶貴的建設(shè)性意見，使我能順利完成論文寫作與修改。在論文資料的調(diào)查、整理過程中，也得到了同組同學的幫助。</p>&l