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基于LabVIEW的钢拱架定位系统开发
| 论文题名： | 基于LabVIEW的钢拱架定位系统开发 |
| 关键词： | 隧道掘进;钢拱架支护;定位系统;单目视觉;双目视觉 |
| 摘要： | TBM在隧道掘进过程中，需要使用钢拱架对围岩进行支护。目前钢拱架拼接安装主要依靠人工，安装工作量大、支护效率低。为实现钢拱架自动化拼接，针对TBM钢拱架拼接施工过程中的定位问题，本文基于NI Vision与LabVIEW视觉软件开发平台，采用了单目视觉和双目视觉的两种方案，完成钢拱架铰接孔测量定位，并对两种方案进行了比较，确定了实时性和性价比更高的单目视觉方案，设计了基于LabVIEW的钢拱架定位系统。本文主要有以下研究内容： （1）根据项目需求和现场环境，采用单目视觉和双目视觉两种测量方案，以钢拱架拼接段上的铰接孔作为定位的特征点，设计了图像采集系统，确定各硬件的选型，基于NI Vision与LabVIEW视觉软件开发平台，确定了方案的算法流程； （2）研究了单目视觉、双目视觉相机模型及相机标定方法，使用NI Vision标定训练接口进行单目视觉相机标定；基于LabVIEW双目立体视觉标定系统，使用双目相机同时对平面靶标进行图像采集，根据左右相机同源点之间的关系计算得到相机参数，完成了双目视觉系统的标定； （3）对于单目视觉图像处理，使用NCC模板匹配算法匹配拼接段上的铰接孔所在的感兴趣区域；基于一维像素序列上的灰度梯度确定铰接孔轮廓边缘点；对传统RANSAC算法进行了改进，使用改进RANSAC椭圆拟合方法确定拼接段铰接孔圆心，实现钢拱架的定位，同时设计了单目视觉图像处理软件； （4）对于双目视觉图像，其处理流程与单目视觉类似，由于双目视觉相机与钢拱架拼接段存在角度，其成像结果与单目视觉有一定差异，针对双目视觉图像特征，使用改进后具有旋转不变性的NCC模板匹配确定铰接孔，然后使用改进的区域生长法提取边缘，并进行椭圆拟合确定铰接孔圆心，通过实验验证了图像处理算法的可行性，设计了双目视觉图像处理软件； （5）设计实验验证了单目视觉和双目视觉系统的稳定性和测量定位精度，并对误差进行了分析，同时对两种方案进行了比较。 实验结果表明，单目视觉系统平面移动距离的测量误差为±0.2mm；双目视觉系统平面移动距离的测量误差为±0.2mm，纵深方向测量误差为±0.3mm，本文设计的钢拱架定位系统稳定性和测量精度均满足项目要求。 |
| 作者： | 陈向阳 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 朱国力 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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