發(fā)布時(shí)間：2020-05-10 13:43

【摘要】：在智能數(shù)控機(jī)床上集成機(jī)器視覺技術(shù)已十分常見,如工件表面質(zhì)量檢測(cè)、刀具磨損檢測(cè)和夾具是否有切屑等。但是在需要視覺數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳回?cái)?shù)控系統(tǒng)形成閉環(huán)精確控制的場(chǎng)合,數(shù)據(jù)在視覺系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)間傳輸?shù)牟淮_定性往往成為了智能控制精度提升的瓶頸所在。本文基于EtherCAT(Ethemet for Control Automation Technology)總線的高實(shí)時(shí)性和通信鏈路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),提出了一種總線集成視覺系統(tǒng)的技術(shù),使視覺與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)間具有明確的關(guān)系,能夠較好的解決智能應(yīng)用領(lǐng)域的一些實(shí)際問題,本論文的研究?jī)?nèi)容如下:通過對(duì)現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)、視覺系統(tǒng)功能開發(fā)方式以及集成技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)和對(duì)比分析,指出總線集成視覺技術(shù)的理論可行性和優(yōu)勢(shì)所在,并提出使用EtherCAT總線集成視覺系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的整體方案以及選用腳本式編程視覺模塊和目標(biāo)實(shí)時(shí)指向的問題作為該技術(shù)的驗(yàn)證方案。根據(jù)總線集成視覺技術(shù)的整體方案,從初始化、周期性過程數(shù)據(jù)和狀態(tài)機(jī)的處理三方面對(duì)EtherCAT通信程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。同時(shí),為了保證視覺模塊與從站間具有穩(wěn)定、可靠的通信,本文采用基于“握手”標(biāo)志和打包的通信方式,并設(shè)計(jì)了打包后的數(shù)據(jù)解析程序。根據(jù)驗(yàn)證方案的功能需求,視覺方面對(duì)視覺模塊的標(biāo)定和識(shí)別過程進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì),通過腳本式編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)的準(zhǔn)確捕捉;控制方面除了普通功能塊的實(shí)現(xiàn),還針對(duì)通信、傳輸延時(shí)和主站掃描周期導(dǎo)致控制輸出位置落后于視覺模塊捕捉圖像時(shí)位置的問題,設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能塊,改善了激光指向滯后的不足。最后,針對(duì)本文的研究成果搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并從通信、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和實(shí)時(shí)性方面對(duì)總線集成視覺技術(shù)的性能進(jìn)行了驗(yàn)證與分析,試驗(yàn)表明:基于EtherCAT總線的視覺集成技術(shù)通信準(zhǔn)確無丟幀,動(dòng)態(tài)補(bǔ)償弱化了控制輸出滯后的問題,且視覺系統(tǒng)與控制系統(tǒng)間的關(guān)系具有確定性,實(shí)時(shí)性能良好,完成了設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【圖文】：

在計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的推動(dòng)下，人們對(duì)使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行獲取并處理視覺圖像信息的研究逐漸增多，這也使得許多視覺相關(guān)的領(lǐng)域得到了發(fā)展，例如機(jī)器視覺、圖像工程、模式識(shí)別和圖像處理及分析[1]等。其中機(jī)器視覺作為一門新興學(xué)科，，其主要是通過研究分析相關(guān)的理論基礎(chǔ)，從而搭建出的一個(gè)從圖像中獲取所需信息的智能系統(tǒng)[2]。一般來說，機(jī)器視覺就是在視覺算法的基礎(chǔ)上使用智能設(shè)備來代替人眼進(jìn)行測(cè)量 和 判 斷 。 機(jī) 器 視 覺 系 統(tǒng) 通 過 使 用 CMOS （ Complementary Metal OxideSemiconductor）或 CCD（Charge Coupled Device）感光元件等組成的攝像裝置將物體形成的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，然后使用圖像處理裝置進(jìn)行處理分析，并從處理結(jié)果中提取出所需信息，最終用于實(shí)際檢測(cè)和控制[3]。作為當(dāng)今社會(huì)的研究熱點(diǎn)之一，機(jī)器視覺技術(shù)由于其速度快、精度高、生產(chǎn)柔性強(qiáng)的特點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用于汽車、電子、食品和藥品行業(yè)[4]，如圖 1.1 所示。

1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1 機(jī)器視覺發(fā)展歷史及集成技術(shù)的研究現(xiàn)狀機(jī)器視覺技術(shù)起源于 20 世紀(jì) 50 年代對(duì)二維圖像的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的研究，例如數(shù)字、字母和符號(hào)的識(shí)別、表面缺陷分析等。60 年代中期，美國(guó)學(xué)者 L.R.Roberts 使用“積木世界”的全新理論對(duì)機(jī)器視覺進(jìn)行分析的方法拉開了對(duì)于三維機(jī)器視覺探索的序幕。70、80 年代，機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)入了“黃金時(shí)期”，期間一系列新的理論和方法層出不窮，例如視覺集成理論、主動(dòng)視覺理論、基于感知特征群的物體識(shí)別理論等[8]，這時(shí)無論是對(duì)一般二維信息的處理，還是針對(duì)三維圖像的模型及算法研究都有了很大的提高。90 年代，機(jī)器視覺技術(shù)的相關(guān)理論漸趨成熟，同時(shí)開始向工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展。到了 21 世紀(jì)，機(jī)器視覺技術(shù)已大規(guī)模的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，具體可分為智能制造和智能生活兩大類[9]，如圖 1.2 所示。隨著人工智能技術(shù)的快速崛起，作為其中一個(gè)分支，機(jī)器視覺技術(shù)正處于不斷突破的階段，這也將極大促進(jìn)人工智能的發(fā)展。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP273;TG659

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 凌云志;李偉光;曾順星;侯躍恩;;基于EtherCAT總線的視覺目標(biāo)跟蹤平臺(tái)設(shè)計(jì)[J];電子設(shè)計(jì)工程;2015年09期

2 郭靜;羅華;張濤;;機(jī)器視覺與應(yīng)用[J];電子科技;2014年07期

3 何濤;;淺談機(jī)器視覺的原理及應(yīng)用[J];技術(shù)與市場(chǎng);2011年05期

4 ;機(jī)器視覺如何應(yīng)對(duì)與工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)集成應(yīng)用的挑戰(zhàn)[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2009年06期

5 張五一;趙強(qiáng)松;王東云;;機(jī)器視覺的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J];中原工學(xué)院學(xué)報(bào);2008年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 孫好春;集成視覺的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)設(shè)計(jì)及測(cè)試方法研究[D];山東大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張?jiān)接?高速高精多通道數(shù)控系統(tǒng)中基于FPGA的EtherCAT主站設(shè)計(jì)[D];合肥工業(yè)大學(xué);2017年

2 盧冠男;基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)器人抓取系統(tǒng)的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2017年

3 高恩博;基于Linux嵌入式平臺(tái)的EtherCAT主站系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2017年

4 傅華強(qiáng);裝配機(jī)器人視覺系統(tǒng)應(yīng)用與軟件開發(fā)[D];東南大學(xué);2016年

5 左振領(lǐng);EtherCAT從站的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(沈陽計(jì)算技術(shù)研究所);2016年

6 夏高裕;基于OpenCV的智能相機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[D];杭州電子科技大學(xué);2016年

7 王奕然;工業(yè)視覺機(jī)器人的通信與控制技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2015年

8 張峰;基于EtherCAT實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的視覺機(jī)器人從站控制系統(tǒng)的研究[D];電子科技大學(xué);2014年

9 李冰;基于TwinCAT機(jī)器視覺捕捉目標(biāo)的伺服控制器系統(tǒng)的研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2014年

10 王進(jìn)超;基于EtherCAT協(xié)議的從站分析與實(shí)現(xiàn)[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2657392