论文题目：基于机器视觉与光电技术的GD小包烟支检测系统的研究
摘要：烟支包装过程缺陷检测是利用光电技术与机器视觉完成对烟包缺陷检测的一种技术。传统的烟支包装过程缺陷检测设备已无法满足如今工业自动化设备对智能化、高效化的需求。而目前国外成套烟支缺陷检测系统价格高昂且有一定的功能局限性,国内市场主要采用单一方法的检测方式,在检测准确性、稳定性上亟待提高。因此,本文旨在设计出一款新型烟支缺陷检测系统,该系统硬件上使用ARM处理器,将光电检测与机器视觉结合,实现对多种缺陷烟支的检测,以提高香烟产品的质量、降低企业生产成本。本文首先介绍烟支缺陷检测的现状与基本原理,再结合实际检测需求拟定本系统总体设计方案,完成主要元器件的选型;整个系统分为硬件和软件两个部分,硬件设计过程中基于系统不同功能模块进行详细设计,采用ARM作为主控芯片完成对现场码盘信号和光电传感器信号的采集、数据处理、与上位机通迅以及缺陷产品的剔除等功能;软件系统分为两个部分详细阐述了光电检测与机器视觉检测的工作流程,其中光电检测部分主要针对空头烟、缺嘴烟和缺支烟完成了对烟支采样方法、缺陷检测算法的设计;机器视觉检测部分主要针对缺支烟、烂烟、倒置烟完成了烟支图像的采集、处理、烟支排列区域以及单个烟支定位的ROI提取算法设计,给出烟支不同缺陷的检测算法;然后分别对两种检测方案进行软件编程;最后通过对现场实际烟包的采样数据分析,完成对整个系统检测的测试。测试结果表明本系统具有稳定性、准确性、高效性,能顺利实现对多种缺陷烟支检测的既定功能。
关键词：ARM;机器视觉;图像处理;ROI;光电技术;缺陷检测
学科专业：工程硕士（专业学位）
摘要
abstract
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究背景、目的及意义
1.3 光电检测与机器视觉检测技术简介
1.3.1 光电检测技术简介
1.3.2 机器视觉检测技术简介
1.4 国内外GD小包烟支检测设备研究现状
1.5 课题研究内容
1.6 本文组织架构
1.7 本章小结
第二章 系统总体方案设计及关键元器件的选型
2.1 烟支检测系统总体方案设计
2.1.1 烟支检测系统的原理及工作流程
2.1.2 烟支检测系统的一般组成及功能
2.1.3 烟支检测系统总体方案设计
2.2 系统关键元器件的选型
2.2.1 光电传感器的选型
2.2.1.1 光电传感器的检测原理
2.2.1.2 光电传感器的分类与选型
2.2.2 工业相机的选型
2.2.2.1 机器视觉检测的原理
2.2.2.2 工业相机的选型
2.2.3 编码器的选型
2.2.3.1 编码器的工作原理与分类
2.2.3.2 编码器的选型
2.3 本章小结
第三章 GD小包烟支检测系统硬件设计
3.1 系统硬件设计总体概述
3.1.1 系统硬件设计基本原则
3.1.2 系统硬件开发环境简介——Altium Designer
3.1.3 系统硬件总体结构设计
3.2 微控制器最小系统设计
3.2.1 ARM微控制器的选型
3.2.2 ARM微控制器最小系统设计
3.2.2.1 系统电源电路设计
3.2.2.2 系统复位电路设计
3.2.2.3 系统晶振电路设计
3.2.2.4 系统调试下载电路设计
3.3 系统通迅模块电路设计
3.3.1 CAN总线接口电路设计
3.3.2 RS232串口通迅电路设计
3.4 光电传感器相关电路设计
3.4.1 光电传感器驱动电路设计
3.4.2 光电传感器信号接收电路设计
3.5 编码器电路设计
3.6 本章小结
第四章 GD小包烟支检测系统软件设计
4.1 系统软件设计总体概述
4.1.1 软件开发平台简介
4.1.1.1 ARM开发平台——Keil u Vision5
4.1.1.2 上位机软件开发平台
4.1.2 软件系统总体架构
4.2 ARM应用程序设计
4.2.1 初始化程序设计
4.2.2 与上位机通信程序设计
4.2.2.1 Modbus总线技术简介
4.2.2.2 通信程序设计
4.2.3 光电检测程序设计
4.2.3.1 光电检测烟支位置确定
4.2.3.2 光电检测采样算法设计
4.2.3.3 各类缺陷检测算法设计
4.3 人机交互应用程序设计
4.4 机器视觉检测程序设计
4.4.1 图像采集
4.4.2 图像预处理
4.4.2.1 图像灰度化
4.4.2.2 图像滤波
4.4.2.3 图像二值化
4.4.3 ROI区域提取
4.4.3.1 烟支实际排列区域定位
4.4.3.2 单个烟支区域定位与提取
4.4.4 烟支缺陷检测算法设计
4.4.4.1 空头检测算法设计
4.4.4.2 烂烟检测算法设计
4.4.4.3 缺支烟与倒置烟检测算法设计
4.5 本章小结
第五章 系统测试
5.1 光电检测测试
5.2 机器视觉检测测试
5.2.1 检测准确性测试
5.2.2 检测算法效率测试
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
参考文献
致谢