1、 基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统开发王义文工学硕士授予学位单位：哈尔滨理工大学 篢； ： ：哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统开荔动，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除己注明部分外不包含他入己发表或撰写过白朔究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它
2、单位昀名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密，口在年解密后适用授权书。不保密因。朐谝陨舷嘤娇蚰诖颉随着测控技术的快速发展，光电编码器应用于诸多领域。光栅盘作为光电编码器的核心元件，其表面编码图像是否存在缺陷，对编码器的分辨率、测量精度和使用性能具有重要影响。目前，光栅表面缺陷检测主要采用人工目检的方式，具有检测精度低、检测效率低和自动化程度低等特点。针对上述不足之处，本文设计并搭建了光栅表面缺陷检测系统硬
3、件平台，实现了光栅表面图像的自动化展开，开发了光栅表面缺陷检测软件，实现了光栅表面缺陷半自动交互式检测和缺陷条码的自动分割。 其次，基于机器视觉和数字图像处理技术，开发了光栅表面缺陷检测软件；简要介绍了半自动交互式检测系统的功能组成；详细分析和列举了缺陷图像处理系统的分割原理和运行效果，最终实现了缺陷条码的自动分割。再次，根据己搭建的硬件平台和控制要求，设计了软件和控制键盘双控模式。提出了控制系统的总体方案，分别概述了双控模式的控制原理，介绍了串动、快速对准运动、翻页式运转和间隙补偿的原理，比较了双控模式的优缺点。最后，为验证硬件平台和检测软件的可行性和准确性，分别进行了两组实验。通过半自动交
4、互式检测实验，完成了光源特性、翻页运转和统计分析验证，基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统开发 瑆 佗， 甌瑆 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 ，基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统开发目本章小结哈尔滨理工大学工学硕士学位论文键盘控制模式分析哈尔滨理工大学工学硕士学位论文发光接收系统墒印光电编码器基本结构光栅示意图基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统开发针对以上不足，本文开发了基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统。通过设计加工光栅表面图像展开机构和光栅快换夹具，可实现光栅的平稳展开和快速装夹；采用电动二维平移台和步进电机，可实现光栅的快速对准和翻页运转；利用光栅表面缺陷检测软件不仅可以实现半自动交互式
5、的缺陷粗检，而且还可以实现缺陷条码的自动分割。本检测系统不仅提高了光栅表面缺陷的检测精度和检测效率，而且还实现了半自动交互式检测，降低了检测成本，促进了数字图像处理技术在编码器行业的发展与应用。机器视觉检测技术研究现状及其应用研列琢加热颂岢隽嘶诨魇泳醯闹岢心谕饩冻叽缂觳庀低场各自检测目标有所不同，但采用的方法大致相同，包括图像采集、图像处理、特征提取、图像分析和图像识别等，实现了高精度、非接触式测量，提高了生产效率。对于后者，高潮等人提出了基于机器视觉的裂纹缺陷检测技术临洪等人提出了基于机器视觉的发动机表面缺陷检测技术【】，杨杰等人提出了机器视觉在钢化玻璃缺陷检测中的应用研究【】，他们也都通过
6、数字图像处理技术，来实现对特定缺陷的自动化检测。等提出了基于机器视觉的冶金工业金属焊接质量检测与在线过程控制基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统开发一传感器哈尔滨理工大学工学硕士学位论文本文主要研究内容本课题来源于寓档数控机床与基 础制造装备 科技重大专项 子项高精度、高分辨力绝对式光栅旋转编码器研制嗪牛。基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统开发后，经过加工装配后对整个硬件平台进行了调试和优化。软件控制和键盘控制双模式，可分别实现对整个系统的控制。首先，对于软件硬件系统总体方案控制 硬件的分析与选型本文主要从以下几个方面完成相机的选型：综上所述，在满足成像条件下。相机性价比更高，故选用公司相机，参
7、数如表所示：”首先，本系统的检测要求主要包括以下几个方面：主检光栅码道宽约枘芊直嫘缺陷，理想物距约为像素为由以上验证结果可知，所选变焦镜头满足检测要求。最后，基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统开发光栅表面信息展开即通过光栅绕其虚拟轴心匀速、平稳的旋转，实现表面图像信息的有序输出。电机作为光栅表面图像展开机构的动力装置，合理的选择对整个检测系统的结构尺寸、采图质量、控制精度等具有重要影响。因检测系统对电机的总体要求为结构尺寸小、控制精度高和便于数字控制，因此简要介绍数字控制系统中常用的两类电机：步进电机和伺服电机。步进电设计模型图光栅表面图像展开机构 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文基于机器视觉的
8、光栅表面缺陷检测系统开发 主要缺点传动比准确、稳定、效率高制造和安装精度高、成本高传动比大、结构紧凑、可自锁中心距较大、制造安装精度低根据以下几个方面，选择检测系统的机械传动方式：因展开速度较低，故对传动功率、传动力矩和传功效率要求较低。综上所述，采用梯形齿同步带传动方式，如图所示：哈尔滨理工大学工学硕士学位论文传动轴的加工工艺性问题。针对以上问题，解决方案如下：的同轴度，然后采用良好工艺完成传动轴的装配，以此减小传动轴的运转跳动。设计模型 实物主，以反射光源为辅的双光源形式，反射光源固定于变焦镜头下端。专用透射基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统开发作为光源最基本的性质，主要包括亮度、颜色、寿
9、命和成本，具体如下：亮度：因亮度会直接影响感光元件的曝光量，故决定了图像成像质量的高低。如果亮度过小就意味着入射光线较少，则会降低图像对比度和增加噪声，进而为了增加通光量需加大光圈，最终导致景深减小。相反，如果亮度超过感光元件曝光量的阀值，则会引起采集图像的失真，进而带来散热问题。颜色：合理的光源颜色不仅可以获得良好的观测效果，而且还能降低后续图像处理的难度，提高目标检测的精度。哈尔滨理工大学工学硕士学位论文约万统专用透射光源的基光源。背向照明 正向照明、图光路原理示意图明基盘，针对此特点优先采用背向照明方式喽灾鞴庠炊。利用专用透射光源可以实现以上缺陷的检测要求，辅助反射光源仅适用于少数几类缺陷检测。如果主光源采用正向照明，因光栅基盘采用树脂材料制成，其表面非常光洁，易发生镜面反射，进而淹没大多数光栅表面缺陷，导致缺陷检测无法进行，故只能以透射为主，以反射为辅。基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统开发设计模型哈尔滨理工大学工学硕士学位论文基于机器视觉的光栅表面缺陷检测系统开发硬件系统实物搭建本章小结动轴的设计加工，并对步进电机的控制功能做了简要介绍。哈尔滨理工大学工学硕士学位论文图光栅表面缺陷检测软件总体框图 介绍，系统主窗口如图所示：
