【摘要】：在可控核聚變領(lǐng)域中,用于裝載聚變?nèi)剂系目招奈⑶虻闹睆酵ǔＴ趦砂僦羶汕⒚字g,其直徑和表面質(zhì)量對聚變實驗有至關(guān)重要的影響,需要嚴(yán)格控制。目前在大批量微球的粗選工作中主要還是依靠人工檢測的方式從中挑選出符合條件的微球,其檢測效率低,檢測精度難以保證。本文提出了一種基于顯微視覺的微球參數(shù)檢測與轉(zhuǎn)移控制方法,可以實現(xiàn)微球的自動化參數(shù)檢測及無損轉(zhuǎn)移,提高微球粗選工作的精度和效率。針對微球直徑的檢測,利用顯微視覺技術(shù)實現(xiàn)微球邊界識別。在對相機中的源圖像進行灰度轉(zhuǎn)化和高斯濾波處理后,利用帶限幅的自適應(yīng)直方圖均衡化進行圖像增強處理,提高微球圖像與背景圖像的對比度。通過梯度Hough變換對增強后的圖像進行圓粗檢測,根據(jù)粗檢測結(jié)果中的微球直徑和位置信息,設(shè)置中心種子區(qū)域進行區(qū)域填充和輪廓提取,消除微球內(nèi)部邊界。再設(shè)置厚度自適應(yīng)變化的興趣區(qū)域提取微球外壁邊界,對邊界點進行最小二乘橢圓擬合,得到微球的精確直徑和位置信息,實現(xiàn)微球的自動化邊界識別。針對微球表面質(zhì)量的檢測,根據(jù)微球表面的缺陷程度,分別采用基于特征提取的線性分類方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性分類方法將微球劃分成光滑、粗糙和畸形三種類型。基于特征提取的線性分類方法統(tǒng)計微球內(nèi)部圖像的灰度信息,得到灰度分布函數(shù)和累積分布函數(shù)。對規(guī)范化處理后的累積分布函數(shù)進行分段線性擬合,從擬合函數(shù)中提取出均勻性和透光性兩個特征參數(shù)用于定量描述微球表面質(zhì)量,根據(jù)參數(shù)設(shè)計線性分類器實現(xiàn)微球的缺陷劃分�；谏窠�(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性分類方法則是構(gòu)建一個三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,以微球內(nèi)部圖像的灰度分布和圖像背景作為輸入信號,利用訓(xùn)練集和驗證集優(yōu)化該模型,將優(yōu)化后的模型作為非線性分類器實現(xiàn)微球的缺陷劃分。針對微球的無損轉(zhuǎn)移,采用真空吸附的夾持方式實現(xiàn)。采用基于位置的視覺伺服控制方法建立機械手拾取操作運動方程,根據(jù)放置盤結(jié)構(gòu)設(shè)計機械手釋放操作的運動方程,運動方程中的系統(tǒng)參數(shù)由參數(shù)標(biāo)定程序計算得到。在微球操作平臺上設(shè)計微球操作系統(tǒng)的單個挑選和循環(huán)挑選兩種工作模式,實現(xiàn)微球的自動化參數(shù)檢測及轉(zhuǎn)移功能。為了驗證微球參數(shù)檢測與轉(zhuǎn)移控制方法的性能,設(shè)計相關(guān)實驗進行驗證。在微球邊界識別實驗中,微球直徑的平均測量誤差為7.81μm,平均重復(fù)性測量誤差為2.81μm,識別速度達每分鐘約53個。在微球缺陷檢測及分類實驗中,兩種分類方法的分類準(zhǔn)確程度均在85%以上,但是基于特征提取的線性分類方法的分類準(zhǔn)確程度更高,更適合運用于靶球的粗選工作中。在微球無損拾球和釋放控制實驗中,該視覺伺服系統(tǒng)中的左機械手的平均位置誤差為12.72μm,右機械手的平均位置誤差為11.61μm。微球轉(zhuǎn)移過程中無損壞現(xiàn)象,轉(zhuǎn)移成功率為83.87%,單只機械手轉(zhuǎn)移速度為40s/個,雙手協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)移的速度為30s/個。實驗結(jié)果驗證了基于顯微視覺的微球參數(shù)檢測與轉(zhuǎn)移控制方法的準(zhǔn)確性和高效性,顯示了微球操作平臺自動化檢測挑選的方式相對于人工挑選的優(yōu)勢。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41;TL632
【圖文】：

第 1 章 緒論題研究的背景和意義聚變能作為一種新興能源，運用前景非常廣闊。如果可控核聚變能夠核聚變發(fā)電廠將能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎無限量的能源供應(yīng)，以滿足二十一世能源的需求。核聚變發(fā)電廠在發(fā)電過程中幾乎不會產(chǎn)生化學(xué)污染和，并且從本質(zhì)上來說也是安全的，因此研究激光誘導(dǎo)慣性約束聚變的應(yīng)用價值。在 ICF 的核聚變反應(yīng)中，需要迅速壓縮含有氘—氚(2)的燃料的亞毫米級別的空心微球，使其內(nèi)部的溫度和密度比在太陽和密度還要高[1]。根據(jù)激光驅(qū)動內(nèi)爆理論的計算可知，作為聚變?nèi)剂锨颍浔砻嫒毕輹趦?nèi)爆期間被急劇放大，導(dǎo)致打靶失敗[2]。心玻璃微球(HGM)，由于具有優(yōu)秀的球形度，高強度、表面光潔度的 DT 燃料氣滲透性等優(yōu)勢，已被廣泛用作聚變?nèi)剂先萜鱗4]。但是新制備的微球數(shù)量多，其直徑、表面質(zhì)量等參數(shù)差異較大，需要能夠大量的微球中篩選出直徑及表面質(zhì)量滿足要求的微球用于后續(xù)的實

John R.Miller 和 Jon E.Sollid 設(shè)計了一種楔形干涉儀用于測量玻璃微球的低溫燃料層的均勻性[10]，如圖 1-2 所示。將一塊具有適當(dāng)傾角的楔形塊置于光學(xué)采集系統(tǒng)中，光線從背面照射靶球，穿過楔形塊后照射在圖像采集系統(tǒng)平面上。經(jīng)過兩次不同反射的光線會在平面上產(chǎn)生干涉條紋，然后使用光線跟蹤的算法來處理干涉條紋，定量分析靶球低溫燃料層的均勻性。該楔式干涉儀是一種簡單、有效的測量低溫激光聚變靶均勻性的裝置，而且對振動、氣流和溫度波動等干擾非常不敏感。Wedge interferometerObjectImagesDirect imageReference filed of delayed image圖 1-2 楔型干涉儀B.W.Weinstein 等人采用一臺雙通雙臂特懷曼-格林干涉儀[11]，如圖 1-3 所示。

分辨率可達 10nm，可為 ICF 研究提供高圖 1-4 改建的電鏡樣品臺微鏡（AFM）檢測靶球幾何參數(shù)·利弗莫爾實驗室(LLNL)在 20 世紀(jì) 80 年代研制同心度的 TOPOⅡ裝置[13]。之后 LLNL 與通用原密軸系和 AFM 系統(tǒng)的第一代微球輪廓測量儀，實量[14]。此后，他們通過對該輪廓測量系統(tǒng)的功能進 Spheremapper 和壁厚測量儀 Wallmapper 兩部分功如圖 1-5 所示[15]。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 Tao Wang;Kai Du;Zhibing He;Xiaoshan He;;Development of target fabrication for laser-driven inertial confinement fusion at research center of laser fusion[J];High Power Laser Science and Engineering;2017年01期

2 張林;杜凱;;激光慣性約束聚變靶技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J];強激光與粒子束;2013年12期

3 趙學(xué)森;高黨忠;馬小軍;孟婕;唐永建;張林;孫濤;;立式靶丸AFM表面輪廓儀系統(tǒng)精度測試[J];原子能科學(xué)技術(shù);2012年08期

4 費致根;郭俊杰;馬小軍;高黨忠;;激光CCD復(fù)合測量方法在ICF靶丸球度誤差檢測中的應(yīng)用[J];強激光與粒子束;2011年04期

5 顧牡;李達;倪晨;劉小林;劉波;黃世明;;雙層塑料靶丸的X射線相襯成像[J];強激光與粒子束;2009年10期

6 陳立國;劉柏旭;;復(fù)合式MEMS微夾持器的研制[J];光學(xué)精密工程;2009年08期

7 唐永建;張林;吳衛(wèi)東;李波;;ICF靶材料和靶制備技術(shù)研究進展[J];強激光與粒子束;2008年11期

8 張顯全;王繼軍;蔣聯(lián)源;;基于Freeman鏈碼的圓識別方法[J];計算機工程;2007年15期

9 張占文;李波;唐永建;漆小波;;激光聚變靶用空心玻璃微球制備方法[J];硅酸鹽學(xué)報;2007年07期

10 劉元瓊;高黨忠;劉麗想;羅青;葉成鋼;;微焦點源X射線相襯成像技術(shù)[J];強激光與粒子束;2006年12期

本文編號：2797647