基于机器视觉的微钻全尺寸测量系统研究

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1、硕士学位论文基于机器视觉的微钻全尺寸测量系统研究作者姓名聂新桥学科专业机械电子工程指导教师张舞杰副教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2016.04ResearchonMicroDrillMeasuringSystembasedonMachineVisionADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：NieXinqiaoSupervisor：Prof.ZhangWujieSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TH89学

2、校代号：10561学号：201320100641华南理工大学硕士学位论文基于机器视觉的微钻全尺寸测量系统研究作者姓名：聂新桥指导教师姓名、职称：张舞杰副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：机械电子工程研究方向：高性能嵌入式控制系统论文提交日期：2016年04月22日论文答辩日期：2016年06月08日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：张铁民委员：李迪石永华万加富张舞杰摘要随着电子产业的发展，微钻的直径变得越来越小。在传统微钻的生产过程中，需要员工频繁抽检，分别使用显微镜、二次元和芯厚仪测量微钻的尺寸，并根据测

3、量的结果调整生产设备，测量精度不高而且测量数据无法用于分析。操作者由于长时间工作或者经验缺乏，容易误判。为了更好的对生产过程进行控制，本研究研发了一种微钻全尺寸检测设备用于生产当中的抽检，能够检测微钻的刃面缺陷，侧面和芯厚的参数，并通过网络上传到企业服务器，供企业进行调整量的判断，从而实现生产机床的自动调整和过程控制。论文首先分析了微钻的加工流程，并根据微钻的结构特点，分别为刃面参数、侧面参数和芯厚的测量选取了合适的光源，镜头和相机。分析了检测系统的机械系统和运动控制系统。为了能检测不同规格的微钻的刃面参数，研究采用了数字式光源控制器和搜索算法得

4、到合适的照明亮度，使得不同规格的微钻刃面亮度一致。研究采用了开源的OpenCV库程序，使用霍夫变换测量微钻刃面中心线的倾角，经过旋转后微钻的取向一致。提出了自适应ROI设置方法，使用阈值分割和Zernike矩获取刃面亚像素精度的边缘，并使用拟合法计算刃面参数。侧面参数和芯厚参数均使用了背光源，易于算法处理。通过Canny算子提取钻尖轮廓计算顶角，使用阈值分割提取轮廓计算后角，利用连通域标记法计算槽长。微钻厂商对微钻UC直径要求较高，为了提高检测精度，比较了三种不同的亚像素边缘检测算法的优劣，选取了灰度矩算法提取亚像素边缘，使用微钻棒料校正测量系统

5、，最大偏差仅为0.5μm。研究提出了基于图像处理的非接触式芯厚测量方法，可准确测量外径0.5mm以下微钻的芯厚，检测的重复精度可达1μm。最后分析了系统的软件构架和具体实现，采用方差分析法对检测系统进行分析，结果表明测量结果的重复性和再现性达到要求。对微钻生产过程控制，提高产品质量有重要意义。关键词：微钻；机器视觉；检测；亚像素；OpenCVIAbstractWiththegrowthofelectronicsandinformationindustry,thesizeofmicrodrillisbecomingsmallerthanever.I

6、ntraditionalmanufacturingprocess,workersmustsamplefrequentlyandmeasurethedimensionofmicrodrillwithmicroscope,imagemeasuringinstrumentandwebthicknessmeasuringtool,thenadjusttheparameterormechanicalpartsofmanufacturingequipmentaccordingtothemeasurementresults.Themeasuringinstru

7、ment’saccuracyislowandthemeasuringdatacannotbeanalyzedeasily,manualinspectioncanbetiresome.Inordertoimprovethequalityofmanufacturingprocess,amicrodrillmeasuringsystemisdesigned.Allthebladedefects,longitudinalparameterandwebthicknesscanbemeasuredinonemachine.Theresultscanbesen

8、ttoserverviaintranetandanalyzedtoimplementautomaticparametertuningan