机器视觉尺寸测量本科毕业论文

1.毕业设计开题报告

随着信息技术迅猛发展，计算机的更新换代越来越快，一些“不起眼”的计算机外设也得到了很好的发展，如现在很热的光电鼠标就是一个很好的例子，它的核心是一个光电式传感器，光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，它可以用于检测能转换成光电变化的其它非电量，如零件直径，表面粗糙度，应变力，位移，振动，速度，加速度，以及物体的形状，工作状态的识别等，也可用于检测直接引起光电变化的非电量，如光强，光照度，辐射测温，气体成分分析等。光电式传感器具有非接触响应快，性能可靠等特点（当然用它做成的光电鼠标也具有这些特点）。

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器及其特殊性能再很多场合得到了广泛的应用。而且应用光电传感器设计出的产品比普通产品更有可靠的灵活性和方便性。所以本可以在研究光电鼠标工作原理的基础上讨论光电传感器在实际当中的应用很有必要。

2、研究现状

鼠标自从诞生到今天，已经有38个年头了，这38年来，鼠标无论在性能还是工作原理上都有了许多变化。“mouse”换代发展反映了计算机技术的普及和应用电子技术的突飞猛进。同时也证明了一个结论：原创+科技进步=产品的生命。

曾经获得计算机界最权威的“图灵奖”的道格拉斯？恩格尔巴特（DouglasEnglebart）博士于1968年12月9日在IEEE会议上展示了世界上第一个鼠标。如图所示：一个木质的小盒子，盒子下面有两个互相垂直的轮子，每个轮子带动一个机械变阻器获得X、Y轴上的位移，在盒子的上面则有一个按钮开关提供连通信号。鼠标的这款鼻祖与今天的鼠标结构大不相同，甚至还需要外置电源给他供电才能正常工作。然而他却引领了一个科技领域的几次革命，带给计算机工作者一次次的欢欣鼓舞。

1983年苹果公司受到仙童公司STAR计算机的启发，在当年推出的Iisa电脑上第一次使用了鼠标作为GUI（Graphicaluserinterface）界面操作工具。这款电脑虽然不成功，但它为转年推出的Macintosh以及MACOS操作系统提供了经验，鼠标的黄金年代来临了。这个时候的鼠标还是老式的机械式鼠标，但是对于最初的产品已经有了新的改良，鼠标球取代了不灵活的单滚球，单键设计被更加灵活的双键/三键所取代，可供电的标准RS232串行口设计取代了早期的独立接口，现代鼠标的基本结构已经成型。1982年罗技公司发明的世界第一款光机鼠标，光机结构是鼠标发展的发明。也就是这个时候现在鼠标的结构设计基本成熟，光机鼠标统治了鼠标市场达2019年之久。

1984年罗技的第一款无线鼠标研制成功，那时候还依靠红外线作为信号的载体。虽然说这款产品由于性能方面的诸多问题而告失败，但是罗技在无线方面的创新也给后来的产品带来了发展的潜能。

1996年由微软发明的鼠标滚轮是鼠标发展十分重大的发明，今天滚轮已经成为鼠标的标配之一。现在流行的滚轮设计一般包括两种，一是机械式滚轮，也就是用滚轮来带动一个机械电位器以获得信息，微软的很多鼠标都是采用这种结构。它的优点就是滚动比较精准，但是机械结构存在磨损问题。

2.毕业设计开题报告

一、本课题研究现状、研究目及意义

1研究现状：

目前，国内对水果分级装备的研究起步较晚，商品化的水果品质检测分级设备比较少；但是，随着机器视觉技术的发展，有越来越多的学者开始对苹果、柑橘、黄桃等水果的品质特征进行研究，并研制了部分水果检测分级装备。由于国内相关技术的不成熟，现有的检测分级装置检测研究对象多为苹果、芒果、猕猴桃、柑橘等小型水果，而目前针对哈密瓜的分级研究基本上处在理论层面，还没有应用到实际生产中，仍需要进行继续深入的研究。目前，哈密瓜的市场需求量在逐年增加，因此迫切需要一种针对哈密瓜大小分级的设备及技术解决当前的问题。

2研究目的与意义：

哈密瓜是新疆地区的名优特产，素有“瓜中”的美称，含糖量高，奇香袭人，不仅香甜可口，而且营养成分十分丰富，被誉为“水果皇后”.然而，目前哈密瓜采摘后的检测方式主要采用人工分拣方法，效率低下，随意性大，往往带有人的主观因素，造成分选不规范，分选精度低；同时分拣时间长，水果腐烂变质及客户等待时间较长等问题突出，造成资源和时间的双重浪费，致使经济效益下降，最终影响了哈密瓜在市场上的竞争力。因此，对哈密瓜进行自动化分级显得尤为重要。

本研究针对目前新疆哈密瓜主要依靠人工在田间地头进行分级的现状，设计了一种翻转式哈密瓜分级装置。

二、本课题研究内容

1总体设计

总体结构

本装置包括机架、进料口、卸料口、传送系统、承载水果装置、控制系统和分级执行装置。传送系统包含电动机、同步皮带、主动链轮、从动链轮和链条输送带；控制系统包含对射式激光传感器、传感器支撑架、三菱PLC和PLC支撑架；分级执行装置包含分级执行装置支撑架、支撑轴、调速电机、凸轮和棘轮。

工作原理

工作时，电动机带动传送系统工作，传送系统带动承载水果装置工作，哈密瓜由进料口进入承载水果装置。当承载水果装置通过对射式激光传感器区域时，哈密瓜触发对射式激光传感器，按照所触发的对射式激光传感器的对数将哈密瓜分为大、中、小3个等级；对射式激光传感器将信号传给三菱PLC,通过预先设置好的程序使三菱PLC控制相应的调速电机转动，调速电机控制凸轮转动；凸轮通过转动使相应的水果托盘翻转，进而使哈密瓜进入相应的卸料口，实现哈密瓜的分级；拉伸弹簧拉动水果托盘回到初始位置，凸轮继续转动至初始位置后通过与棘轮作用停止转动，等待下一次转动。

2哈密瓜承载装置设计

材料与方法

本次试验材料选用品种为“金皇后（欣源蜜6号）”的成熟哈密瓜样本，样本个数为100个，产地为新疆兵团农六师103团哈密瓜种植基地。根据当地瓜农的经验和哈密瓜的全生育期（85~110天左右），在哈密瓜成熟期对此种哈密瓜进行两批次采收，每次均采收50个，且采收时间间隔不能超过3天，共得到100组有效试验数据。

水果托盘曲线确定

通过对哈密瓜球度的计算，可以看出“金皇后（欣源蜜6号）”品种哈密瓜形状规则，接近于球形，因此需要设计一种类球形的水果托盘。选取哈密瓜理论平均纵径做为椭圆的长轴r1,哈密瓜理论平均横径做为椭圆的短轴r2,并选定用于设计水果托盘的曲线。

承载水果装置设计

承载水果装置由转动轴、减震弹簧、水果托盘支撑座、水果托盘缓冲垫、装置支撑座、拉伸弹簧和水果托盘组成。其中，装置支撑座与链条长销轴相联，减震弹簧固定在水果托盘支撑座和装置支撑座之间；水果托盘通过转动轴与水果托盘支撑座联接，其缓冲垫固定在水果托盘支撑座上，拉伸弹簧用于联接水果托盘和水果托盘支撑座。承载水果装置是哈密瓜分级装置中的关键部件，该装置中水果托盘的主要作用是实现哈密瓜承载传送和翻转；减震弹簧和水果托盘缓冲垫主要作用是当哈密瓜由进料口传送至水果托盘时实现减震和缓冲，避免哈密瓜出现损伤；拉伸弹簧的主要作用是当水果托盘翻转后将水果托盘拉回原位置。

3分级系统设计

分级执行装置设计

分级执行装置由凸轮、棘轮、支撑轴和调速电机组成。其中，支撑轴固定在分级执行装置支撑架上，棘轮固定在支撑轴上，凸轮绕支撑轴转动。通过固定在分级执行装置支撑架上的调速电机

带动凸轮绕支撑轴转动，凸轮在转动过程中通过与水果托盘作用，驱动水果托盘翻转，进而使哈密瓜翻转并实现哈密瓜的分级；凸轮每次工作后都回到初始位置，通过与棘轮的作用实现凸轮静止。

分级控制系统工作原理

分级控制系统由多对对射式光电传感器、三菱PLC和调速电机组成。首先，通过试验获取哈密瓜相关数据建立哈密瓜质量-纵径数学模型，根据所建立的数学模型确定对射式光电传感器的安装位置，并确定哈密瓜经过传感器时触发传感器个数与哈密瓜质

量的关系；然后，PLC通过获取传感器被触发个数的信息间接获取哈密瓜的等级信息，并根据间接获取的哈密瓜等级信息控制相应的调速电机转动；调速电机控制凸轮旋转并驱动水果托盘翻转，最后完成哈密瓜的分级。

三、实施方案

1哈密瓜表面清理及编号。对所采收的哈密瓜使用干毛巾进行表面清洗，用小刀切除果梗，并对哈密瓜进行编号，将编号为1~100的记号纸贴在哈密瓜果梗处。

2哈密瓜外形尺寸测量。对已经编号的哈密瓜样本，使用高度划线游标卡尺测量哈密瓜样本纵向长轴的长度a、横向短轴的两个长度b和c.其中，短轴的两个长度b、c测量方式是短轴处相互垂直的两个位置进行测量，通过公式（1）求出哈密瓜的球度.在测量哈密瓜纵径时需要人工将哈密瓜竖立，由于竖立过程人工参与，可能存在一定的偏差，故此处均采取多次测量取平均值的方法。每个哈密瓜样本的尺寸数据测量3次并详细记录每次所测量的数据，将每个哈密瓜样本的3组试验数据取平均值作为哈密瓜的尺寸数据，并最终以100个哈密瓜的平均横纵经值做为哈密瓜的理论横纵经值。

四、进度安排

第1-4周实习调研、收集资料。

第5周完成开题报告。

第6-7周完成总体方案设计。

第8-11周完成机械结构、驱动系统、控制系统设计计算。

第12-15周绘制装配机总装配图、零件图；并绘制驱动系统原理图、控制系统原理图。

第16周整理文档图纸完成毕业设计说明书。

第17周校对所有设计内容参加毕业设计论文答辩。

五、已查阅主要参考文献

3.毕业设计开题报告

随着企业信息化和网络技术的迅猛发展，越来越多的企事业单位都建立了自己的信息系统。由于这些信息系统在不同阶段不同环境下开发，而且大都建立在面向各自部门内部业务处理的基础之上，因此每个系统有各自的运行环境和数据存储方式。同时在信息组织上面，往往各个部门之间又存在交叉信息。而这些交叉信息的组织无疑导致了大量的重复劳动；甚至，由于获取信息的渠道、时间等的差异，而导致表征相同信息的数据出现歧义，无法确定信息的正确版本。为了更好地实现资源共享，提高资源管理效率，迫切需要建立1个公共的集成环境，对用户提供统1和透明的访问界面。

在打破各信息系统间的彼此封闭，实现数据交换和共享的努力中，往往会遇到以下这些问题：

（1）数据库建立的时候没有考虑到数据共享的问题。

（2）不同的数据库采用了不同的DBMS，甚至是不同的操作系统。

（3）不同数据库中表征相同信息的表或表征相同属性的字段可能命名各异。

（4）各数据库可能不在同1个网络中。

为解决上述数据共享问题，我们在此提出在统1安全框架下，面向各自信息描述、分布式异构数据环境下数据集成的概念。通过数据的标准化，相关分布式异构数据源得以共享数据资源，并保持实时同步更新。

在数据集成环境下，当某个数据源数据有变动时，必须把数据变动信息及时传递给相关目标数据源。这就需要为每个数据源分别建立1个叫数据源伺服器的组件来实现异构数据源间的同步通信。具体来说数据源伺服器负责异构数据差异监控信息的保存、异构数据源同步客户端用户的信息维护、实时安全的更新信息的主动式同步分发，以及接收更新信息后向本地数据源的数据同步。可见数据源伺服器在异构数据集成中是必不可少的，这正是设计研究它的意义所在。

2、国内外同类设计的概况综述

数据集成是指1种中间件（Middle-Ware或Mediator），它屏蔽了各种异构数据间的差异，提供1个访问异构数据的统1接口。能够使应用程序以统1的方式访问各种分布的、结构各异的数据源，就如同访问单1数据源1样。并能为数据和内容源提供实时的读和写，能变换这些数据以进行商业分析和数据交换。

集成平台与集成框架技术是在20世纪80年代末90年代初，随着企业信息集成与系统集成复杂度的提高，采用常规的集成方法已难以适应集成的要求，于是作为先进的应用集成工具，集成平台与集成框架技术就应运而生。

目前常用的数据集成方法有：联邦系统、数据仓库和Mediated系统。

（1）联邦系统

将所有数据源统1到1个单1的集成系统中。该方法比较简单，集成系统有统1的模式，不用考虑分布数据的转化和统1。但是，构造这样的集成系统需要很长的开发时间，要求高性能的主机设备，实现代价较高。

（2）数据仓库（DataWarehouse）

将所有数据源的数据都抽取出来进行预处理，合成1个全局模式，并存储在单1的数据仓库中供用户查询。数据仓库支持对历史数据的访问，用户也可以通过数据仓库提供的统1数据接口进行决策支持的查询。这种方法查询处理性能高，但数据可能缺乏时效性，并且创造数据仓库比较费时费力（数据仓库中的数据在存储之前必须经过1定的筛选处理）。

（3）Mediated系统

通过提供所有异构数据源的虚拟试图来完成数据集成，集成的数据源可以是数据库、遗产系统和Web数据源等。系统提供用户1个全局模式，用户的操作只针对该模式，不必关心数据源的位置、模式和访问方法。虚拟数据库不存储任何自己的数据，而是将用户的查询翻译成1个或多个对数据源的查询，然后中介器（Mediation）对各个数据源的查询结果进行综合处理，将结果返回给用户。该方法并不将各数据源的数据集中存放，而是通过中介器/包装器（Mediation/Wrapper）体系结构满足上层的集成应用需求。Mediation/Wrapper方法解决了数据更新的问题从而弥补了数据仓库方法的不足。但是，由于针对各个数据源的包装器（Wrapper）要分别建立，因此异构数据源的Wrapper建立问题又给人们提出了新的挑战。

通过对以上数据集成方法的分析比较，Mediated系统性价比高，时效性强，是较合理的集成方法。随着组件技术的发展，还可将组件技术应用到数据集成中。WebServices是1个崭新的分布式计算模型，利用XML、SOAP、UDDI、WSDL和WSFL等标准构造1个松耦合的分布式计算环境，实现各个异构平台的通讯和数据共享。

在此背景下，本文提出的异构数据集成框架是采用中介器/包装器体系结构的Mediated系统。该系统基于面向对象的Java和XML技术，以元数据为基础、WebService为实现手段。Mediated异构数据集成系统主要采用数据源伺服器屏蔽各种数据源的差异，通过1个XML接口引擎作为低层关系数据库或其他数据源的包装，在不改变数据源数据类型和结构信息的前提下，完成某种数据类型与系统集成模（XMLSchema）之间的双向映射，并实现集成模式操作至低层数据源操作的转换，为用户提供了对数据源的查询和更新机制。

3、课题设计的内容

本课题主要研究基于WebServices面向服务的公用异构数据集成平台的搭建、统1安全认证、异构数据共享与安全传输。本人侧重于数据源伺服器的设计。数据源伺服器完成异构数据差异监控信息的保存、异构数据源同步客户端用户的信息维护（包括：更新状态、在线状态监控等）、实时安全的更新信息的主动式同步分发，以及接收更新信息后向本地数据源的数据同步。

数据源伺服器包含3个主要功能模块：数据接收整理模块、数据差异比较模块与数据同步更新模块。数据接收整理模块对主本数据进行适当的整理和加工，便于后面的模块功能处理；数据差异比较模块扫描经过整理的主本数据，通过数据间的比较获得数据的变化，生成主本数据变动信息；数据同步更新模块根据主本数据变动信息完成对副本的刷新。

数据伺服器接收主本数据源通过TCP连接传过来的数据流暂存在缓冲池，经过整理和差异比较后将变动信息通过UDP协议转发给副本数据源。主本数据变化信息包括变化了的数据以及完成这1变化的数据操作，这些信息保存在"主体数据变动信息"的数据表中。在数据量较大的情况下，可考虑转化成相应XML格式文档后经压缩成jai包再转发给副本数据源伺服器，完成副本数据源选择性的数据同步更新。

4、设计方法

研究方法：

（1）采用Java编程技术，通过TCP协议完成变动信息的接收和临时存储。

（2）采用Java编程技术，通过UDP协议完成同步客户端的更新数据高速传输。

（3）采用JDBC和XML技术，实现本地数据源选择性的数据同步。

研究措施：略

尺寸测量是以图样为依据，检测产品尺寸是否在公差范围之内，以发现形状与尺寸的误差。此外，还应仔细检测加工基准面位置的准确度、机械加工余量分布以及壁厚偏差等。尺寸测量广泛应用于电子元器件，汽车零部件，手机零部件，螺丝螺母，五金件，磁性材料，塑料、陶瓷等复合材料构件，镁、铝及其合金件等。

尺寸测量的方法：

产品的实际尺寸往往不可或缺，但因物体型面复杂或客观物理条件限制等原因会出现无法获取的情况，机器视觉检测技术能很好地应对此类问题。在传统的自动化生产中，对于尺寸检测，典型的方法就是使用千分尺、游标卡尺、塞尺等。而这些测量手段测量精度低、速度慢，无法满足大规模的自动化生产需求。

基于机器视觉的尺寸检测属于非接触式的测量，具有检测精度高、速度快、成本低、安装简便等优点。可以检测零件的各种尺寸，如长度、高度、宽度、圆、角度、线弧、同心度、内外径、焊点面积、齿数、垂直度等的测量。

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