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《合肥工业大学》 2004年
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异形曲面视觉坐标在线热检系统研究

杨永跃  
【摘要】:本论文来源于安徽省十五科技攻关重点项目特殊工况异形曲面在线检测系统孟钅恐荚诟菀恍┕ひ挡棵盘岢龅脑谙呒觳庑枨螅愿呶碌忍厥夤ぷ髯纯鱿拢辜囊煨吻媸泳踝暝谙呒觳庀低辰醒芯浚迪忠煨吻媸泳踝旮咝А⒖煽康脑谙呒觳狻? 作为该项目的实际应用,本文针对企业亟待解决的热轧车轮在线检测问题,应用机器视觉测量技术,在一帧图像上获得过去要用几个乃至几十个传感器同时检测的多个被测参数,实现车轮轮廓曲面尺寸的热态检测。 根据火车车轮热态检测的具体要求,设计了检测系统总体结构方案,建立了系统的数学模型,并对系统结构参数进行了优化设计。根据高温构件图像的固有特点,综合分析了激光色分量对于抑制高热背景、凸显测量靶标的作用。综合正常人眼明暗视觉光谱光视效率、典型CCD摄像机光谱响应灵敏度等因素,选用了合理的激光器件。利用光学设计软件优化设计了激光准直、扩束以及激光线光源到激光面光源的变换光路,经变换后的激光面光源能量集中、宽度均匀,满足了检测系统的要求。 选用合理的滤光片滤去高热背景的杂散干扰光、凸显激光靶标,减少了辐射热能对摄像机测量图像信息的干扰和环境温度对摄像机的影响。 结合高温构件图像的特点,细致地分析了热图像背景的色谱组成成分,选择有效的方法和合理的参数。作为创新点之一,首次在图像处理的灰度变换中引入权值概念,提出加权灰度变换方法,同时设计了另外两种有效的高热构件图像处理方法:二次均值映射变换方法和色分量灰度变换方法。 成像系统标定是机器视觉测量系统所成图像和实际被测尺寸之间实现高精度转换的关键过程。论文讨论了标定中常用的几种重采样算法在图像边缘的重采样效果、实现算法所用时间等方面的差异,在保证标定精度的前提下,设计了一种利用平面直接映射平面的标定方法。实验结果表明,该种标定方法精确、简洁。 作为创新点之二,首次利用有限元方法对热轧车轮的高温温度场进行了分析,求得相应尺寸和形状的热变形数据曲线,实验验证理论计算实用可靠。 作为创新点之三,首次利用有限元方法模拟分析热轧车轮周围空气温度场,并根据计算所得到相应测位空气温度以及空气折射率的线性分布规律,通过分析计算,求得了相应测位测量光线的弯曲偏移量,合理安排测量工位,避免了高温空气场对测量结果带来的影响。 此外,本论文首次在高温构件图像处理的映射变换中,提出二次均值映射 变换的闽值选取方法;首次对基于边缘检测的图像处理进行了定量评定;首次 实验分析和讨论了环境温度对CCD图像采集设备的影响。 本文所做的工作及研究结果丰富了机器视觉测量的内涵,为复杂构件特殊 工作状况下的异形曲面测量提供了一个新的思路,也将对工业检测及其相关领 域的发展起到一定的促进作用,具有一定的实用价值和经济效益。
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