【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(duì)聚變實(shí)驗(yàn)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(cè)的方式從中挑選出符合條件的微球,其檢測(cè)效率低,檢測(cè)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(cè)與轉(zhuǎn)移控制方法,可以實(shí)現(xiàn)微球的自動(dòng)化參數(shù)檢測(cè)及無損轉(zhuǎn)移,提高微球粗選工作的精度和效率。針對(duì)微球直徑的檢測(cè),利用顯微視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)微球邊界識(shí)別。在對(duì)相機(jī)中的源圖像進(jìn)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(jìn)行圖像增強(qiáng)處理,提高微球圖像與背景圖像的對(duì)比度。通過梯度Hough變換對(duì)增強(qiáng)后的圖像進(jìn)行圓粗檢測(cè),根據(jù)粗檢測(cè)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(jìn)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(duì)邊界點(diǎn)進(jìn)行最小二乘橢圓擬合,得到微球的精確直徑和位置信息,實(shí)現(xiàn)微球的自動(dòng)化邊界識(shí)別。針對(duì)微球表面質(zhì)量的檢測(cè),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�；谔卣魈崛〉木�性分類方法統(tǒng)計(jì)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(duì)規(guī)范化處理后的累積分布函數(shù)進(jìn)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(gè)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(jì)線性分類器實(shí)現(xiàn)微球的缺陷劃分。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性分類方法則是構(gòu)建一個(gè)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(hào),利用訓(xùn)練集和驗(yàn)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(shí)現(xiàn)微球的缺陷劃分。針對(duì)微球的無損轉(zhuǎn)移,采用真空吸附的夾持方式實(shí)現(xiàn)。采用基于位置的視覺伺服控制方法建立機(jī)械手拾取操作運(yùn)動(dòng)方程,根據(jù)放置盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械手釋放操作的運(yùn)動(dòng)方程,運(yùn)動(dòng)方程中的系統(tǒng)參數(shù)由參數(shù)標(biāo)定程序計(jì)算得到。在微球操作平臺(tái)上設(shè)計(jì)微球操作系統(tǒng)的單個(gè)挑選和循環(huán)挑選兩種工作模式,實(shí)現(xiàn)微球的自動(dòng)化參數(shù)檢測(cè)及轉(zhuǎn)移功能。為了驗(yàn)證微球參數(shù)檢測(cè)與轉(zhuǎn)移控制方法的性能,設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。在微球邊界識(shí)別實(shí)驗(yàn)中,微球直徑的平均測(cè)量誤差為7.81μm,平均重復(fù)性測(cè)量誤差為2.81μm,識(shí)別速度達(dá)每分鐘約53個(gè)。在微球缺陷檢測(cè)及分類實(shí)驗(yàn)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(yùn)用于靶球的粗選工作中。在微球無損拾球和釋放控制實(shí)驗(yàn)中,該視覺伺服系統(tǒng)中的左機(jī)械手的平均位置誤差為12.72μm,右機(jī)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(jī)械手轉(zhuǎn)移速度為40s/個(gè),雙手協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)移的速度為30s/個(gè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了基于顯微視覺的微球參數(shù)檢測(cè)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(tái)自動(dòng)化檢測(cè)挑選的方式相對(duì)于人工挑選的優(yōu)勢(shì)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：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(yùn)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(huì)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(jià)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(jí)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(dòng)內(nèi)爆理論的計(jì)算可知，作為聚變?nèi)剂锨颍浔砻嫒毕輹?huì)在內(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(qiáng)度、表面光潔度的 DT 燃料氣滲透性等優(yōu)勢(shì)，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(shí)

John R.Miller 和 Jon E.Sollid 設(shè)計(jì)了一種楔形干涉儀用于測(cè)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(huì)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(cè)量低溫激光聚變靶均勻性的裝置，而且對(duì)振動(dòng)、氣流和溫度波動(dòng)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(tái)雙通雙臂特懷曼-格林干涉儀[11]，如圖 1-3 所示。

分辨率可達(dá) 10nm，可為 ICF 研究提供高圖 1-4 改建的電鏡樣品臺(tái)微鏡（AFM）檢測(cè)靶球幾何參數(shù)·利弗莫爾實(shí)驗(yàn)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(cè)量儀，實(shí)量[14]。此后，他們通過對(duì)該輪廓測(cè)量系統(tǒng)的功能進(jìn) Spheremapper 和壁厚測(cè)量儀 Wallmapper 兩部分功如圖 1-5 所示[15]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2797647