机电检测课设说明书

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： 10质量2班 学 号：1010132215 姓 名：周晓明

指导教师：吴庆华 邬文俊 成家宝 熊芝 2013年12月26日

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目 录

一、数据采集系统方案说明……………………………………………………………..3 1．方案说明……………………………………………………………………………3 二、硬件设计…………………………………………………………………….4 2.1元件选型……………………………………………………………………………4

2.1.1传感器选择及原理说明………………………………………………………..4 2.1.2变送器选择及原理说明………………………………………………………..4 2.1.3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……………………………………………………………………………..13

4.1系统相片…………………………………………………………………………13 4.2程序框图................................................................................................................13 4.3人机界面…………………………………………………………………………13 4.4采集结果…………………………………………………………………………14 五、设计体会……………………………………………………………………………..15 参考资料.........................................................................................................................16

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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

轴承 FC-IE工业相机拍照 标准量块 将图片导入VISION进行处理 人机界面显示测量结果 软件设计 生成VI程序

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

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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

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★高速输出，IE130 在 1280×1024 分辨率下帧频高达 28 帧/s，IE036 在 752×480 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 768×288 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

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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 Dialog IMAQCreate IMAQ Equalize IMAQ Read File IMAQ Convolute IMAQ Extract Single Color Plane Calibration IMAQ Threshold IMAQ Correct Particle Analysis Gauge Algorithm Max IMAQ Reject Border IMAQ Find Circular 6

IMAQ Remove Particle Image Out 3.3 程序框图 End

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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

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3.5 关键代码分析

 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；  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；  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；  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；

 寻找拟合圆时，要进行进一步的调整使圆度误差尽可能的减小，保证测

量的准确度。

四、 设计结果

4.1 检测系统总体照片

4.2 检测系统的人机交互界面

4.3 检测系统的检测结果

表1. 轴承外径测量数据（单位：毫米）

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真实值（mm） 测量值（mm） 误差值（%） 51.9 53.4724 3.0296

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五、 设计小结

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六、 参考资料

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