非接触式测量复杂表面物体体积

《非接触式测量复杂表面物体体积》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、复杂表面物体体积的非接触光学测量作者：陈森林、王猛、王格林指导老师：李太全、孙先松决赛编号：04-02-081引言测量技术的发展在一定程度上标志着一个国家的科技水平。随着生产与科学技术的迅速发展，对物体测量方法的精确度、测量效率以及测量的自动化程度提出了越来越高的要求，而在工业生产屮，工件的在线监测常常要求非接触式测暈，所以对于体积测量的研究也是有很大意义的。这次我们提出的用摄像头提取被测物体图片并分析像素的测量方法,在一定程度上可以解决测量方面的问题。这种方法有着测量方便、不需要接触物体、执行起来简单

2、等优点，同时也存在对环境要求较高、对于被测物体有一定形状要求等缺点，不过在科学的发展道路上，很多困难都是可以慢慢克服的。1.研究方案Opencv对于图片的处理方面有着良好的性能，能够提取图片，并且能够分析图片像素。我们组看中了这一点，决定尝试通过分析图片像素的方法来计算物体的体积。首先，由步进电机带动物体匀速转动，使得物体的每一个面能暴露在摄像头的探测范围之内，然后通过Opencv驱动摄像头，提取物体各个角度截面的像素点，然后通过经验公式可以求得物体的实际体积。2.技术路线及可行性分析该作品主要有步进电

3、机驱动模块和软件测量模块两个部分。在步进电机驱动模块中，先由单片机向步进电机驱动器输出稳定的方波，在步进电机接收到方波信号之后将电脉冲信号转化为角位移的执行机构，然后由步进电机来执行这一过程，并带动物体匀速旋转。接下来，FtlOpencv来驱动摄像头，在几乎相同的时间间隔下获得一组图片，再由程序对像素进行分析，通过经验公式，得到物体体积。在上述方法中，有3个难点需要解决，一是经验公式的获得，用来计算最终物体的体积，二是制造一个有利于测量的环境，便于摄像头辨析背景和物体的区别，三是对于照片拍摄时间的控制。

4、对于第一点，我们在写计算程序Z前，找出多组实验品进行测量，得到由像素点组成的结果，然后用量筒得到物体的实际体积，然后对这两个结果进行拟合，获得的经验公式就是两者之间的纽带。这个办法的缺陷是对于形状区别较大的物体，公式会不完全统一，根据这个情况，我们就两重常见的形状拟合出了两个经验公式提供计算。对于第二点，我们为物体制作了一个不透光的外壳，材料为普通的三合板。整个外壳只有血对摄像头的那一血进光，内部用吸光布平铺，能够制造出比较满意的测量环境，使得摄像头很清晰地分辨物体的轮廓，也不会因为背景中的其他颜色干扰

5、。对于第三点，我们在测量程序中增加了一个对于图片提取时间可以忽略不计的延时，使得每一张图片的获取间隔儿乎相等，于是我们根据步进电机的转角计算包含整个物体所需要的图片张数，就可以限定每个物体测量的时间，达到比较稳定的效果。3・主要功能模块设计3.1总体构架设计整个成品的设计主要是将步进电机驱动模块和摄像头测量模块拼接在一起。测量时，物体置放于步进电机Z上，摄像头固定于离步进电机固定距离的地方，再用三合板制作一个简易的外壳来为测量创造一个适宜的坏境。3.2步进电机驱动模块设计这部分模块的作用是为了使物体匀速

6、转动。在这里需要一个芯片来起到提供稳定电压和输出稳定的方波的作用，功能并不复杂，所以我们选取了比较常见的51单片机來实现这部分功能。51单片机可以通过取反的方式获得稳定均匀的方波，英最小系统板的电路如下：C21nFvTEXP*XTAL1XTR12R8Tc>17PDIVACaPD.1M01PCI3DZP口^AQ3P0.WAD4-P口SiMfSP口J&hKPD.7/AD7PSENALE回P2J»ASP2.VA9PZ^AOpza-AnPZ.4/A12PZSfAGPZSfAUPZ.7/A15P1IFT2P12P

7、13rI9-0P一21一zzPFPFzrF一1O111ZX1CRY8TXL:TEXTI^LU2?ED5U1PZ3IVRXDpajmoPmNDEP3^nmP3.4HDP3ST1P3^JKP3.7/RFLLSItecPISPI方P1.7将由51单片机输出的方波传递至步进电机驱动器。方波在步进电机驱动器中转换为角位移执行机构，配合步进电机，带动物体匀速转动。我们使用的步进电机是步距角1.8度的步进电机，也就是说每收到一个脉冲，步进电机会向一个固定的方向旋转1.8度，也就是200个周期的方波信号可以使步进电机

8、刚好旋转一周。而我们使用的步进电机驱动器选择的是128分频，通过关系：步距角二电机固有步距角/细分数可以得到步进电机驱动系统的步距角为1.8/128度，所以我们要根据这个步距角来确定方波信号的频率。设方波信号的频率为x,转动一圈的时间为t,则可以列出下：(1.8/128)tx=360tx=25600我们选取32秒作为周期，那么x=800hz,于是我们由单片机产生的方波的频率为800hzo3.3摄像头测量模块设计这一模块的功能是提取旋转物体的