基于CCD技术的平面机构运动研究

发布时间：2020-04-14 03:50

【摘要】：机构运动分析和动力学研究是机构分析与综合的重要工作。由于研究工作中经常需要获取真实运动参数数据辅助分析,因此获得真实构件上点的位移、轨迹、速度和加速度以及构件的角位移、角速度和角加速度非常必要。为此,本文提出基于CCD技术及数字图像处理技术获取平面机构构件运动参数的方法,并编写了相应的计算机处理程序。CCD(Charge Coupled Devices,电荷耦合器件)作为一种新型的光电器件在测量测试领域中得到了广泛的应用,其制造技术及应用技术的研究也取得了惊人的进展。利用这一技术和数字图像处理技术,本文针对平面机构中典型的曲柄滑块机构,对CCD采集的机构运动时变序列图像加以处理,得到构件上标记点不同时刻的坐标,利用数值方法计算出构件的速度、加速度等运动参数。该方法与其他检测方法相比,凸现了CCD的非接触测量的优点,弥补了其他传感器的使用局限。同时,非接触式智能测量构件位移等参数方面的研究成果还可以应用于零部件位置检测、自动定位、智能制造等领域中。本文以计算机数字图像处理理论和数值分析理论为基础,应用Bodand公司优秀的软件开发平台Delphi7编写了数字图像处理程序,对以CCD为主要元器件的数字摄像机采集到的机构运动图像进行了二值化处理及二值化后处理,充分去除了图像中的干扰景物,在比较复杂的背景条件下,分离出前景标记,并确定出了机构上前景标记点的相对位置。最后通过对几种数值计算方法在计算机上进行实际计算比较,确定采用基于最小二乘原则的Fourier级数拟合方法计算出机构的运动参数。本文在对采集到的数字图像进行计算机处理的过程中,针对所处理对象的特殊性,研究了便于处理且有效的融合全局二值化和局部二值化思想的改进的图像二值化处理方法和算法;确定了在比较复杂的背景下提取有用的前景信息的数字图像代数运算方法和离散干扰点的去除判别准则,并编写程序实现了这一算法,建立了比较有效快速的处理系统;探讨了相关处理方法在解决实际应用问题时的适用性。从测量角度,本文利用贴有标记的机构在运动过程中,其标记的几何中心不变的特性,采用了非常简便易行的投影法,比较精确地确定了标记的几何中心在图像中的准确的相对位置,为机构的运动分析奠定了基础。
【图文】：

示意图,实验台,平面机构运动分析,滑块

感器、同步信号发生器、工作台、滑块导轨等构成。该实验台另配有软件，可以处理光栅角位移传感器信号，获取滑块位移等参量，电机转速可以无级调速。实验装置示意图如图3一1所示。图3一1实验台装置3.2图像采集及其设备利用CCD技术进行平面机构运动分析，采集图像需要使用CCD摄像头、图像采集卡和采集图像软件等。3.2.1CCD摄像头及其性能如第二章所述，CCD器件按其感光单元的排列方式，分为线阵CCD和面阵

图像采集,程序界面,自然光源,人工光源

安装板卡驱动的同时写入系统。用户在使用时，可以直接通过编写程序调用相应的功能函数。借助V330采集卡的动态链接库，使用VisualC料5编写了图像采集程序，界面如图3一3所示。图3一3图像采集程序界面3.2.4光源的选择和照度的匹配1121为保证图像采集的效果，正确选择光源十分重要，故必须加以重视。光源可分为自然光源和人工光源两类。自然光源就是由自然过程产生的辐射源，各种天体(包括地球、太阳、星体)及大气等都是自然光源。人工光源是人们为了创造良好的、稳定的观察和测量条件而制成的光源，如钨丝白炽灯、卤钨灯、气体放电灯、发光二极管光源和激光光源等。自然光源的使用必须考虑天气变化和测量或观测的地点的地理位置，各种人工光源使用一般有其常用的领域和使用范围、条件，需要依据具体现场实际情况加以选择。由于CCD应用系统可大致分为摄像和检测两种类型，不同类型的应用对照明光源有不同的要求，，因此应根据需要选用。本文所研究的内容属于CCD检测应用系统
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH112

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