本文選題：激光打標(biāo)　切入點(diǎn)：機(jī)器視覺　出處：《華中科技大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：激光打標(biāo)是激光加工領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的,打標(biāo)過(guò)程中工件位置的確定是關(guān)鍵的一步,隨著生產(chǎn)的發(fā)展,使用固定夾具對(duì)工件進(jìn)行定位的方式不僅成本較高,且不利于多工件同時(shí)定位,同時(shí)也會(huì)帶來(lái)人為定位誤差的不穩(wěn)定性。為此提出了將視覺定位技術(shù)引入到激光打標(biāo)系統(tǒng)中,利用視覺定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)工件快速穩(wěn)定準(zhǔn)確的定位,提高生產(chǎn)效率。本文首先對(duì)激光打標(biāo)和機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展做了簡(jiǎn)單介紹,調(diào)研分析了目前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r。其次結(jié)合工件圖像的具體特征研究分析了本文用到的圖像處理相關(guān)算法,如圖像分割、二值形態(tài)學(xué)圖像濾波、二值圖像邊緣檢測(cè)等。最后研究了視覺定位中的相機(jī)標(biāo)定技術(shù),考慮到傳統(tǒng)標(biāo)定算法的復(fù)雜度高,操作過(guò)程繁瑣,以及激光打標(biāo)過(guò)程中工件的定位是在一個(gè)二維平面內(nèi)進(jìn)行的,因此提出使用一種基于單平面的射影變換的相機(jī)標(biāo)定方法,并引入多項(xiàng)式矯正算法對(duì)成像過(guò)程中產(chǎn)生的畸變進(jìn)行矯正。為了獲得工件在激光打標(biāo)坐標(biāo)系中的位置和方位角,本文在前期圖像處理的基礎(chǔ)上提取工件輪廓,利用輪廓的中心來(lái)確定工件位置,結(jié)合最小二乘法對(duì)提取到的輪廓使用Hough變換精確地檢測(cè)出輪廓中的直線,并根據(jù)直線的傾角得到工件的方位角。根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求,分析總結(jié)系統(tǒng)各個(gè)硬件部分的選取原則,合理搭建定位系統(tǒng)的硬件部分。在VS2005下利用微軟的基礎(chǔ)類庫(kù)(MFC)進(jìn)行本系統(tǒng)軟件界面的設(shè)計(jì),并使用多線程技術(shù)提高軟件界面的響應(yīng)速度,同時(shí)使用德國(guó)SCAPS公司提供的Activex控件使定位軟件與打標(biāo)系統(tǒng)的控制軟件SamLight進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,最終實(shí)現(xiàn)打標(biāo)系統(tǒng)的工件定位。在整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件搭建完成后進(jìn)行實(shí)驗(yàn),相機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明針對(duì)本系統(tǒng)的標(biāo)定算法能夠取得較高的標(biāo)定精度,x、y方向上的平均標(biāo)定誤差在0.1mm以內(nèi),最大標(biāo)定誤差均小于0.1mm。對(duì)標(biāo)刻平臺(tái)上的工件進(jìn)行定位打標(biāo),實(shí)驗(yàn)表明本定位系統(tǒng)能夠在系統(tǒng)所允許的誤差內(nèi)對(duì)工件進(jìn)行準(zhǔn)確穩(wěn)定的定位。最后,本文從圖像處理精度方面深入分析了引起定位誤差的原因,為本文將來(lái)的工作奠定基礎(chǔ)。
[Abstract]:Laser marking is the most widely used in the field of laser processing. The determination of the position of the workpiece in the marking process is a key step. With the development of production, it is not only costly to use fixed fixture to locate the workpiece.It is not conducive to simultaneous localization of many jobs, but also to the instability of artificial positioning errors.In this paper, the visual positioning technology is introduced into the laser marking system, the advantages of the visual positioning technology are used to realize the rapid, stable and accurate positioning of the workpiece, and the production efficiency is improved.In this paper, the development of laser marking and machine vision technology is briefly introduced, and the development situation at home and abroad is analyzed.Secondly, the image processing algorithms used in this paper, such as image segmentation, binary morphological image filtering, binary image edge detection and so on, are analyzed in combination with the specific characteristics of the workpiece image.Finally, the camera calibration technology in visual positioning is studied. Considering the complexity of the traditional calibration algorithm, the complicated operation process, and the localization of the workpiece in the laser marking process is carried out in a two-dimensional plane.Therefore, a camera calibration method based on single plane projective transformation is proposed, and polynomial correction algorithm is introduced to correct the distortion in the imaging process.In order to obtain the position and azimuth angle of the workpiece in the laser marking coordinate system, the contour of the workpiece is extracted on the basis of the previous image processing, and the position of the workpiece is determined by the center of the contour.The straight line in the contour is accurately detected by using Hough transform and the azimuth of the workpiece is obtained according to the dip angle of the straight line by using the least square method.According to the actual application demand, the selection principle of each hardware part of the system is analyzed and summarized, and the hardware part of the positioning system is set up reasonably.The software interface of this system is designed by using Microsoft basic Class Library (MFC) under VS2005, and multithreading technology is used to improve the response speed of the software interface.At the same time, using the Activex control provided by SCAPS company in Germany, the positioning software can exchange data with the control software SamLight of marking system, and finally the work piece location of marking system can be realized.After the hardware and software of the whole system are finished, the camera calibration experiment results show that the calibration algorithm can achieve high calibration accuracy in the direction of 0.1mm, and the maximum calibration error is less than 0.1 mm.The experiments show that the positioning system can locate the workpiece accurately and stably within the allowable error of the system.Finally, this paper analyzes the cause of the location error from the aspect of image processing accuracy, and lays a foundation for the future work of this paper.
【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】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41;TN249

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本文編號(hào)：1712964