直線邊緣光學(xué)精密測量系統(tǒng)研究與開發(fā).pdf

1、隨著精密加工的發(fā)展以及人們對高質(zhì)量產(chǎn)品需求的增長，精密制造業(yè)中對質(zhì)量控制的要求越來越高。而與傳統(tǒng)的接觸式測量方法相比，光學(xué)測量方法具有非接觸，無磨損，響應(yīng)速度快，柔性好的特點，在質(zhì)量控制領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。因此對光學(xué)測量的精度要求也越來越高。而傳統(tǒng)光學(xué)測量的精度主要取決于圖像傳感器的像元大小。為了突破像元尺寸的限制，人們提出了通過圖像處理軟件算法來提高測量精度的亞像素邊緣檢測技術(shù)。但是圖像處理算法的執(zhí)行速度不快，系統(tǒng)實時性差，不利于

2、其應(yīng)用于生產(chǎn)實際。直線邊緣是指母線為直線，且截面與母線垂直這一類零件的輪廓。本文以直線邊緣為對象；針對光學(xué)圖像測量方法測量精度與速度的矛盾，建立使用線陣CCD圖像傳感器的測量方案，并開發(fā)了基于FPGA的片上亞像素邊緣測量系統(tǒng)。本文的主要內(nèi)容和研究工作如下：
　　 1.邊緣測量的總體方案設(shè)計。介紹了三種光學(xué)測量原理，在對比各自的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，建立了基于平行光投影法的邊緣測量系統(tǒng)方案；并分析了照明光源與CCD期間的照度匹配，在此基

3、礎(chǔ)上設(shè)計并建立了邊緣測量光學(xué)系統(tǒng)。
　　 2.亞像素邊緣檢測算法原理。介紹了亞像素邊緣檢測技術(shù)的原理及其由來，并分析了亞像素邊緣檢測技術(shù)的前提條件。然后綜述了常用的亞像素邊緣檢測算法。最后提出了一種基于Canny-Legendre算子的亞像素邊緣檢測改進算法。通過使用生成的理想邊緣對算法進行仿真實驗。
　　 3.基于FPGA的片上邊緣測量系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計了片上邊緣測量系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)計了CCD噪聲處理及CCD信號AD

4、轉(zhuǎn)換硬件電路，并使用VerilogHDL語言在單片F(xiàn)PGA上建立了片上邊緣測量系統(tǒng)，同時通過仿真實驗對系統(tǒng)進行了實驗驗證。
　　 4.直線邊緣測量系統(tǒng)實驗及其數(shù)據(jù)分析。設(shè)計了一套直線邊緣圖像采集系統(tǒng)。通過對不同形狀的零件的實際邊緣圖像進行采集，分析了柱面零件與矩形零件實際邊緣形狀的差別。然后分別針對直徑測量和撓度測量建立了兩種實驗?zāi)Ｐ?，并在實驗室條件和模擬工況條件下進行模擬實驗。結(jié)果表明在實驗室條件下，基于FPGA的片上邊緣測量