瓷砖几何尺寸在线检测系统的研究

论文摘要

瓷砖几何尺寸在线检测系统是以视觉测量为基础,集应用光学技术、电子技术、计算机技术、在线精密测量技术于一体的瓷砖几何尺寸检测设备。本设备用于瓷砖尺寸(边长、边直度、对角线)的在线检测,解决了陶瓷企业大批量生产时由于人工检测速度慢,只能抽检的状况,工人劳动强度大,易疲劳,使精度无法保证。通过实时在线测量,报告砖体尺寸的变化,以利于及时调整生产设备的工艺参数、提高产品质量;同时可根据已设定的分级尺寸范围,对产品进行分级处理,保证出厂产品的质量要求。本设备基于机器视觉原理,利用线阵CCD摄像机扫描成像区域的瓷砖,并通过适当的算法处理得到瓷砖的各项尺寸参数,判别产品是否符合质量要求;若发现不合格品,则报警器告警,将其剔除出生产线,并将缺陷记入数据库以便进行统计分析。整个过程不受人为因素影响,具有很高的稳定性和重复性。本课题为天津大学精密仪器与光电子工程学院和广东省华南精密制造技术研究开发院联合开发的产学研课题。本文结合学科发展趋势和实际应用的需求,对线阵CCD大幅面扫描技术及动态数据处理技术进行了研究,设计了基于视觉检测技术的瓷砖几何尺寸在线检测系统。论文的研究内容主要包括:1、设计了以线阵CCD为核心的在线视觉检测系统,确定了该系统中扫描成像与机械传动同步的控制结构。已完成样机并交付生产线试用。2、研究了大幅面线阵CCD扫描技术、图像处理技术、设计了适用于本系统的线状LED光源。3、研究了超大数据量图像采集所需要的快速图像处理算法。其中包括解决了高精度测量原理与低精度机械传送机构之间的矛盾问题所带来的测量误差及瓷砖各边薄厚差异自动补偿问题。4、针对瓷砖生产线实际状况及国家检测标准,提出了有效的系统标定方法。5、根据瓷砖企业实际检测要求,完成了系统测量与控制软件的编制。6、对系统进行了大量的重复性精度、示值精度及测量稳定性试验,并对瓷砖在线检测系统的误差来源进行了全面分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 瓷砖在线检测背景和意义
• 1.2 计算机视觉检测技术背景
• 1.3 瓷砖在线检测系统的国内外现状
• 1.4 本论文的主要内容
• 第二章 瓷砖在线检测系统的设计及组成
• 2.1 系统测量方法
• 2.2 机械支承与传送机构
• 2.3 视觉系统
• 2.3.1 视觉系统组成
• 2.3.2 视觉系统器件的选择
• 2.3.3 光源的设计
• 2.3.4 光学系统设计
• 2.3.5 光学系统景深
• 2.4 计算机及其接口电路
• 2.5 系统软件
• 2.6 本章小结
• 第三章 摄像机模型及参数标定
• 3.1 摄像机理想数学模型
• 3.2 摄像机标定
• 3.2.1 摄像机标定方法
• 3.2.2 线阵CCD 的镜头标定
• 3.3 瓷砖各参数的标定方法
• 3.3.1 边长及对角线的标定方法
• 3.3.2 边直度的标定方法
• 第四章 视觉系统中的线阵CCD 图像检测技术
• 4.1 图像预处理研究
• 4.2 线阵摄像机的调焦评价
• 4.2.1 常用的调焦评价函数
• 4.2.2 本系统采用的调焦评价函数
• 4.3 特征边缘提取研究
• 4.3.1 像素级边缘检测方法
• 4.3.2 亚像素级边缘检测方法
• 4.4 瓷砖各参数的计算方法研究
• 4.4.1 瓷砖边长的计算方法
• 4.4.2 瓷砖对角线的计算方法
• 4.4.3 瓷砖边直度的计算方法
• 4.5 瓷砖厚度补偿方法
• 第五章 瓷砖在线检测系统的实验与误差分析
• 5.1 误差分析
• 5.1.1 机械传动系统的误差
• 5.1.2 视觉系统的误差
• 5.2 实验数据分析
• 5.2.1 同一瓷砖单一方向重复性实验
• 5.2.2 同一瓷砖单一方向标定实验
• 5.2.3 同一瓷砖不同方向对比实验
• 5.2.4 厚度补偿实验
• 5.2.5 总体标定实验
• 5.3 本章小节
• 第六章 全文总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢