自动化系统机械制造的论文提纲

论文题目：基于图像识别的发火元件自动化预焊接关键技术研究与应用

摘要：随着“中国制造2025”时代的到来,我国对制造业的制造精度、自动化程度等方面提出了更高的要求,小型元件由于其尺寸小、精度高的制造加工特点,一直以来影响着制造业发展的瓶颈。发火元件是一种典型的小型元件,常用于航空航天行业的点火推进装置中,其阻值等电学性能直接影响了装置的响应速度和稳定性,发火元件制造过程中的核心工序是使用极细的焊丝焊接元件表面焊柱,目前主要由人工完成,但人工进行焊接对工人的技术要求较高,难以满足高质量、多批次的产品需求,因此研究与开发发火元件的自动化焊接系统可对元件制造实现有效的质量控制,提高我国小型元件制造业的自动化水平。针对发火元件自动化焊接问题,可将其分为两大步骤:预焊接步骤与焊接步骤。其中预焊接步骤的目的是将工人任意摆放的发火元件进行位置调整并进行焊丝拉覆,该步骤是自动焊接的核心步骤,影响整个焊接过程的精度与可靠性。本文基于图像识别技术,针对预焊接关键技术进行了研究,设计并实现了发火元件自动化预焊接系统,具体工作如下。（1）设计发火元件预焊接系统。为了实现发火元件自动化预焊接,本文对机械设计和电控设计两部分进行了设计。在机械设计方面,将预焊接分为四道工序:表面处理工序、视觉识别工序、位姿调整工序以及桥丝拉覆工序,使用丝杠和编码器保证机械精度,并使用共用运动轴的方式减少电机布置量,降低设备成本。在电控设计方面,使用工控机主控模式:相机拍摄图片并通过Ethernet网络传输到工控机上;工控机处理图片,提取信息并通过Ethernet网络传输到PLC上进行电机控制。（2）建立发火元件预焊接系统精度模型。本文系统地考虑装夹板、旋转夹爪、桥丝机构安装和运动产生的机械误差,以及视觉定位、视觉旋转检测识别产生的视觉误差,将机械精度和视觉精度结合进行发火元件预焊接系统精度建模,为之后的视觉算法和系统精度控制提供精度指标。（3）提出发火元件图像高精度位姿检测算法。基于提出的精度模型,通过形状一致性过滤,亚像素轮廓识别和迭代拟合算法计算发火元件位姿数据参数。算法采用预处理算法进行像素级轮廓提取,Zernike矩法进行轮廓亚像素化,基于最小二乘法开发轮廓迭代拟合算法,实现发火元件图像高精度位姿检测。（4）基于上述理论开发发火元件预焊接系统并进行实验测试。本文以前文所述精度模型和检测算法为核心,开发实现了基于图像识别的发火元件预焊接系统,并采用张氏标定法对系统进行了量度标定。本文将所开发的系统应用于生产实践,分析了其工作流程和系统精度,桥丝实验表明该系统实现了发火元件的自动化预焊接工作,桥丝精度符合产品的要求。本文充分考虑发火元件自动化预焊接的难点,基于发火元件预焊接系统精度模型和图像识别技术,提出了发火元件预焊接系统各部分的精度指标,以及高精度位姿检测算法,并成功开发实现了发火元件预焊接系统,有效地解决了人工生产难以满足高质量、多批次的产品需求的难点。这种方式可以应用到相关小型元件的自动化制造中,对其他小型元件的自动化生产制造也具有一定的借鉴意义。

关键词：图像识别;发火元件;自动化系统;精度模型;位姿检测

学科专业：机械工程（专业学位）

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 精度建模控制的研究现状

1.2.2 图像识别算法的研究现状

1.3 本文主要内容

第二章 发火元件预焊接系统设计

2.1 发火元件预焊接系统功能分析

2.2 发火元件预焊接系统机械设计

2.2.1 装夹板机械设计

2.2.2 表面处理机构机械设计

2.2.3 视觉识别与调整机构机械设计

2.2.4 桥丝拉覆机构机械设计

2.3 发火元件预焊接系统电控设计

2.3.1 视觉设备设计

2.3.2 下位控制机设计

2.4 本章小结

第三章 发火元件预焊接系统精度模型与分析

3.1 齐次坐标变换法

3.2 发火元件预焊接系统精度模型

3.2.1 误差传递分析

3.2.2 误差模型建立

3.3 发火元件预焊接系统精度分析与分配

3.3.1 精度分析

3.3.2 精度分配

3.4 本章小结

第四章 发火元件图像高精度位姿检测算法

4.1 发火元件高精度位姿检测算法概述

4.2 图像预处理算法

4.2.1 滤波与阈值分割算法

4.2.2 像素级轮廓提取与形状一致性算法

4.3 亚像素轮廓提取算法

4.3.1 Zernike矩的定义与性质

4.3.2 Zernike矩亚像素化算法

4.3.3 Zernike矩模板及参数修正

4.4 亚像素轮廓迭代拟合算法

4.4.1 最小二乘拟合算法

4.4.2 迭代拟合算法改进与参数分析

4.5 高精度位姿检测算法实现与实验分析

4.5.1 高精度位姿检测算法实现

4.5.2 发火元件位姿检测算法评价

4.6 本章小结

第五章 发火元件预焊接系统的实现

5.1 发火元件预焊接系统概述

5.2 发火元件预焊接系统开发

5.2.1 系统精度控制

5.2.2 系统软件的设计

5.3 发火元件预焊接系统相机标定

5.4 发火元件预焊接系统桥丝调试

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 本文创新点

6.3 本文研究展望

参考文献

附录1 视觉识别算法实验数据

附录2 运动测试实验数据

致谢