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基于CCD技术的平面机构运动研究

秦威  
【摘要】:机构运动分析和动力学研究是机构分析与综合的重要工作。由于研究工作中经常需要获取真实运动参数数据辅助分析,因此获得真实构件上点的位移、轨迹、速度和加速度以及构件的角位移、角速度和角加速度非常必要。为此,本文提出基于CCD技术及数字图像处理技术获取平面机构构件运动参数的方法,并编写了相应的计算机处理程序。CCD(Charge Coupled Devices,电荷耦合器件)作为一种新型的光电器件在测量测试领域中得到了广泛的应用,其制造技术及应用技术的研究也取得了惊人的进展。利用这一技术和数字图像处理技术,本文针对平面机构中典型的曲柄滑块机构,对CCD采集的机构运动时变序列图像加以处理,得到构件上标记点不同时刻的坐标,利用数值方法计算出构件的速度、加速度等运动参数。该方法与其他检测方法相比,凸现了CCD的非接触测量的优点,弥补了其他传感器的使用局限。同时,非接触式智能测量构件位移等参数方面的研究成果还可以应用于零部件位置检测、自动定位、智能制造等领域中。 本文以计算机数字图像处理理论和数值分析理论为基础,应用Bodand公司优秀的软件开发平台Delphi7编写了数字图像处理程序,对以CCD为主要元器件的数字摄像机采集到的机构运动图像进行了二值化处理及二值化后处理,充分去除了图像中的干扰景物,在比较复杂的背景条件下,分离出前景标记,并确定出了机构上前景标记点的相对位置。最后通过对几种数值计算方法在计算机上进行实际计算比较,确定采用基于最小二乘原则的Fourier级数拟合方法计算出机构的运动参数。 本文在对采集到的数字图像进行计算机处理的过程中,针对所处理对象的特殊性,研究了便于处理且有效的融合全局二值化和局部二值化思想的改进的图像二值化处理方法和算法;确定了在比较复杂的背景下提取有用的前景信息的数字图像代数运算方法和离散干扰点的去除判别准则,并编写程序实现了这一算法,建立了比较有效快速的处理系统;探讨了相关处理方法在解决实际应用问题时的适用性。 从测量角度,本文利用贴有标记的机构在运动过程中,其标记的几何中心不变的特性,采用了非常简便易行的投影法,比较精确地确定了标记的几何中心在图像中的准确的相对位置,为机构的运动分析奠定了基础。


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