机电检测课设说明书.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除机电产品检测 综合设计说明书题 目：基于机器视觉的轴承外圈直径测量系统设计专 业： 测控技术与仪器 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 目 录一、数据采集系统方案说明 .31方案说明3二、硬件设计.4 2.1元件选型42.1.1传感器选择及原理说明.42.1.2变送器选择及原理说明.42.1.3数据采集卡选择及原理说明 6 2.2 硬件设计及分析.9三、软件设计.10 3.1功能模块设计.10 3.1.1数据采集模块.10 3.1.2数据处理模块.10 3.1.2.1系统标定.11 3.1.2.2门限报警.11 3.1.3数据输出模块.12 3.2关键代码分析.12四、设计结果.134.1系统相片134.2程序框图.134.3人机界面134.4采集结果14五、设计体会.15 参考资料.16一、 基于机器视觉的轴承外圈直径测量系统总体方案设计1.1 检测要求选择合适的相机、光源拍摄轴承的图像，用VC、LabVIEW或Matlab软件等开发工具编写一个测试软件，实现对轴承外圈直径的测量。1.2 检测总体方案FC-IE工业相机拍照轴承标准量块将图片导入VISION进行处理生成VI程序软件设计人机界面显示测量结果图1. 系统总体设计方案结构示意图1.3 检测原理说FC-IE工业相机搭载高端CMOS芯片，其高分辨率可以满足工业场合对图像质量的苛求。本系统检测原理是通过利用FC-IE相机采集水平摆放的同时有标准量块和轴承的24位RGB图像，然后将效果较好的图像导入LabVIEW视觉助手Vision进行一系列的图像处理直到达到可以测量的地步，利用Vision自带的工具生成VI程序，再在LabVIEW中对得到的VI程序进行进一步的编辑、修改和调整，实现人机界面显示测量结果。 其中，Vision有强大的图像处理功能，不仅可以对图像进行一般的处理，还可以对图像中的物体尺寸进行标定和校准，从而实时显示测量的真实值。处理好图像，Vision还可以自动生成LabVIEW的VI程序。二、 检测系统硬件设计2.1 元件选型轴承和量块选用型号如右图所示 FC-IE工业相机如左图所示 光源如右图所示附：FC-IE 工业相机功能描述：FC-IE 工业相机是专门针对需要卓越图像质量，可抓拍运动物体，高分辨率和高速图像输出的应用领域设计的。我们选用了高端 CMOS 芯片，信噪比大于 60dB，可以满足工业场合对图像质量的苛求。相机提供全帧快门，不需机械快门即可抓拍运动图像，且图像不会变形。IE 系列相机的分辨率和帧频比传统模拟相机高几倍的，同时还具有 ROI 功能，在不需要很高的分辨率的场合，帧频可以在原来的基础上进一步提高。 FC-IE 工业相机可以应用在半导体检测，印制板检测，印刷质量检测，食品饮料检测，工件尺寸测量，电子目镜和医疗影像，高速道路监控等领域。 FC-IE 工业相机性能描述： 具备全帧快门，无需机械快门即可抓拍高速运动物体 具有外同步功能，可以工作在外触发模式，使摄像与运动物体同步 高速输出，IE130 在 12801024 分辨率下帧频高达 28 帧/s，IE036 在 752480 分辨率下帧频高达 60 帧/s 高分辨率，IE036 分辨率高达 40 万, IE130 像素数高达 130 万，比传统隔行扫描模拟相机 768288 的分辨率高数倍 具有 ROI 功能，可以输出小于最高分辨率的任意尺寸图像，且帧频随分辨率下降线性提高 数字输出，无需板卡，低成本解决方案 高达 60dB 的信噪比，图像质量卓越，可以满足对图像质量要求苛刻的场合 集成了坏点校准算法 具有 FPN 偏置不一致性校准算法 使用高级插值算法，避免出现栅栏彩纹现象（仅彩色相机中具有） 集成色彩校准算法（仅彩色相机中具有） 支持中英文 Win98、Win 2000、WinXP 操作系统 提供支持 VC，VB ，BC，DELPHI 的 SDK，方便用户做二次开发 可针对用户特殊需求定制2.2 典型机器视觉系统硬件结构1光源，分为前光源和背光源等；2光学镜头，完成光学聚焦或放大功能；3摄像机，分为模拟摄像机和数字摄像机，智能相机包括3、4、5；4图像采集卡，完成帧格式图像采集及数字化；5图像处理系统，PC或嵌入式计算机；6显示设备，显示检测过程与结果；7驱动单元，控制执行机构的动作方式；8执行机构，执行目标分拣等动作；9测试台与被测对象；10光源电源2.3 硬件设计及分析在机器视觉系统中，好的光源与照明方案往往是整个系统成败的关键。光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征参量，在增加图像对比度的同时，应保证足够的整体亮度；物体位置的变化不应该影响成像的质量。光源的选择必须符合所需的几何形状、照明亮度、均匀度、发光的光谱特性等。照明方案应充分考虑光源和光学镜头的相对位置、物体表面的纹理、物体几何形状以及背景等要素。故本系统硬件布局为相机固定在支架最上方,可以通过连杆上下移动，将光源置于相机正下方的支架上介于物件和相机镜头中间以便物件的光照强度最佳，轴承则放置于支架的载物台上，载物台底色为黑色避免图像采集时反光影响采集的图像效果。 本系统利用PC机实时显示图像拍摄效果。PC机系统要求是Windows XP系统，因为图像采集平台的驱动只能用于XP系统，不适用于Windows 7系统。采集的图像可以保存在电脑的硬盘里。三、 软件设计3.1 软件功能要求能实现对轴承的直径进行测量，并显示结果，能对测量结果进行误差分析。3.2 软件流程图File DialogIMAQ CreateIMAQ EqualizeIMAQ Read FileIMAQ ConvoluteIMAQ Extract Single Color PlaneCalibrationIMAQ ThresholdIMAQ CorrectGauge Algorithm MaxParticle AnalysisIMAQ Find CircularIMAQ Reject BorderImage OutIMAQ Remove ParticleEnd3.3 程序框图 3.4 各功能模块说明01. File Dialog 将显示一个对话框，用于确定文件路径或目录02. IMAQ Create 建立一个图像临时存储单元03. IMAQ Read File 读取图像信息04. IMAQ Extract Single Color Plane 单通道颜色提取05. IMAQ Threshold 目标区域二值化06. Particle Analysis 颗粒分析07. IMAQ Reject Border 移除图像边界08. IMAQ Remove Particle 移除小颗粒09. IMAQ Equalize 图像补偿10. IMAQ Convolute 对图像低通滤波11. Calibration 对像素和坐标进行标定12. IMAQ Correct 校准图像信息13. Gauge Algorithm Max 标定的极大尺寸运算14. IMAQ Find Circular 寻找拟合圆15. Image Out 处理后的图像输出3.5 关键代码分析u 进行单通道颜色提取的图像不能是8位图，本系统进行处理的图像为24位RGB图像；u 对图像进行二值化处理时，要进行大量的调试，结合后期的颗粒分析，二值化的程度要达到颗粒移除步骤完成后能清晰完整的显示目标区域轮廓；u 颗粒分析过程中，要把与测量需求无关的颗粒彻底从图像中移除，以避免对后期图像信息提取造成干扰；u 标定的时候要尽可能减少误差的产生，对量块边界进行点选择时要找准位置，对坐标进行选取时要选择便于计算轴承相对位置的坐标系