糙米轮廓激光扫描测量系统研究与开发

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。糙米轮廓激光扫描测量系统研究与开发　　摘要：糙米轮廓形状描述是糙米品质检测及碾白加工机理分析的基础。本文主要在前期糙米轮廓激光扫描的基础上，对其形状加以进一步分析，即外形轮廓可分为胚芽部位与非胚芽部位两部分。针对两部分轮廓特点，对非胚芽部位采用激光环扫方式；而对胚芽部位采用先旋转轴线后纵切扫描方式。以期获得完整的糙米扫描数据，为建立较为精确的

2、糙米扫描轮廓模型，尤其是能准确还原胚芽部分的形貌特征提供数据依据。同时开发实现该扫描运动的机电测控系统。　　关键词：糙米轮廓；激光扫描；运动规划；机电系统；逆向工程　　中图分类号：P232文献标志码：A　　稻米是人类的主要粮食作物。衡量稻米品质及碾白加工的关键指标之一就是外观描述品质。目前其检测主要靠人眼感官判定，这种方法主观性较强，检测精度和效率较低。近几年随着计算机软硬件水平的提高，依靠计算机视觉技术对大米外形的检测应用越来越多。中国农业大学王一鸣等人设计了一套基于机器视觉的大米外观品质参数检测装置，实现了对垩白

3、度、垩白粒率、黄粒米和粒型参数的检测。刘光蓉等人通过扫描仪获取大米图像，通过改进的直方图均衡化算法进行图像增强，然后利用八邻域分析法提取大米轮廓。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　视觉检测

4、有检测速度快等优点，但对于单粒糙米的检测能力较差，尺寸信息的测量精度较低，将影响后续糙米模型的重建与分析。因此选用一个精度更高的测量方式显得尤为重要。目前对于建立糙米外形轮廓数字化模型的研究很少，即使展开过相关研究，测量的精度也有待提高，尤其是胚芽部分的数字化模型。　　本文拟搭建一个五轴数控运动平台，基于激光传感器技术对糙米轮廓进行多种路径规划的扫描，以期建立较为精确的糙米模型，尤其是能准确还原胚芽部分形貌特征。　　1测量原理　　根据是否与被测物表面接触，可以将物体三维几何形状的测量方法分为接触式测量和非接触式测量。

5、　　接触式测量的优点是准确性和可靠性高，对被测样件的材质和反射性无特殊的要求。缺点是测量速度慢，且不适于对软质、易碎、易变形、超薄样件进行测量，对尺寸小于测头直径的微细部分的测量受到限制。　　非接触式测量的优点是速度快、自动化程度高、不受样件材质和薄厚的影响。缺点是容易受样件反射性和环境光的影响。　　考虑到糙米材质特点，结合上述分析本研究选用非接触式的测量方式。测量设备选用KEYENCE为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安

6、全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。公司的LK-G150激光位移传感器。该激光传感器采用激光三角法测量原理，如图1所示。激光器发出激光，经聚光透镜聚焦后垂直入射被测物表面。当被测物移动或表面发生变化时，入射光沿入射光轴移动，经过散射后被成像透镜所接收，最终的成像信息被CCD感光面所感应。根据激光三角法原理图可以推出，当测量平

7、面与参考平面距离为X时，激光器上的CCD感应器便会捕捉到一段X’的成像长度。且经过数学推算，可得出被测平面的位移为：　　2测量运动学分析　　机电系统运动学分析是实现糙米有效激光扫描检测理论基础。运动学分析建立在对被测物轮廓特征分析的基础上。　　糙米轮廓特征分析　　糙米的外形类似于扁椭球，因此可将其视为回转体。北京工商大学孔祥亮等人利用激光位移传感器对糙米轮廓进行了较为精准的测量，并利用MATLAB软件将采集到的点云数据进行了拟合，基本实现糙米的形貌还原，但在胚芽端激光数据扫描采集上还略显不足。主要原因是对其进行环扫时

8、，由于受胚芽部分结构及几何特征制约，难于获取准确扫描数据。因为胚芽部分扫描时，由于胚芽部位表面凹陷，且在胚芽部位与非胚芽部位边界处的曲率变化较大。故采取环扫方式会造成：　　①激光无法垂直或近似垂直照射在胚芽轮廓表面，故将违反直射式三角法测量的原理，造成较大的测量误差；为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课