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研究生:蔡炳昌
研究生(外文):Bing-Chang Cai
論文名稱:影像伺服於XXY平台控制之應用
論文名稱(外文):Applications of XXY table on vision servo control
指導教授:毛偉龍毛偉龍引用關係
指導教授(外文):Wei-Lung Mao
口試委員:蘇國嵐盧建余
口試委員(外文):Kuo-Lan SuChien-Yu Lu
口試日期:2014-07-08
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:電機工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:XXY對位平台影像伺服控制ZigBeeArduino
外文關鍵詞:XXY tablevision servo controlZigBeeArduino
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現今科技業都以自動化產業取代人工,由於人的眼睛所測量的精度與速度有限,例如,使用人工對位很耗時並且對位精度也不佳,所以本論文就用電荷藕荷元件(Charge-coupled Device; CCD)並配合XXY三軸平台搜尋標記來做對位,開發使用影像伺服辨識來取代人工對位的系統。
本論文共分為三個部分: (1)XXY三軸平台控制,(2)影像處理系統,(3)無線極限開關設計,來進行探討與分析。本研究是以ARCUS四軸控制器來整合微步進馬達使之驅動XXY平台移動,以目前最常用到的樣板比對、邊緣檢測、數學形態學、霍夫轉換四種方法,來完成辨識標記,將獲得的標記的座標資訊回饋給控制器並且轉換成XXY平台所需要的脈波數,來完成對位。本研究並將傳統的有線傳輸的光遮斷器更改為使用ZigBee無線傳輸,來降低損壞時檢查不易以及搬運輕鬆等狀況。
本論文在實驗部分,使用CCD擷取十字、方形、圓形三種不同標記,並以多組實驗數據來比較方法以及標記的對位效能。實驗結果表示,就處理速度而言,以四種方法之一的霍夫轉換法最佳,約為90毫秒。則樣板比對法的重複對位精度比起其他三種還要好,若光源為最佳狀況時,校準的誤差會落在±1pixel(約±7μm左右)。

The industry uses the automation technology to replace the manual operation because the measurement accuracy and speed are limited. Manual alignment is very time-consuming and the positioning accuracy is poor. In this thesis, three important applications have been deeply investigated and analyzed: (1) XXY Table control system, (2) image processing system, and (3) wireless sensor network limit switch. This research uses ARCUS controller to integrate the stepper-motor driver to control XXY Table. The image processing methods can find the mark positions by using the four algorithms: pattern matching, edge detection, morphology, and Hough transform schemes. After image processing, the position deviations between input and pattern images can be calculated and fed back to the servo control loop for precision compensation of the mask alignment. The cross mark, square mark and circle mark are used to evaluate the experiment results. The experimental results had been collected and compared to demonstrate the performances of our proposed methods. It is shown that the Hough transform method provides the better performance in time consuming, and the pattern matching method can have better position precision.
中文摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 文獻回顧 3
1.4 論文內容架構 3
第二章 XXY三軸平台系統控制設備 5
2.1 實驗設備架構 5
2.2 XXY三軸平台內部構造 7
2.3 XXY三軸平台電控系統設備 8
2.4 影像擷取設備 11
2.4.1 CCD Camera與Lens 12
2.4.2 光源 15
第三章 影像處理分析及應用 17
3.1 影像二值化 17
3.2 空間濾波 20
3.3 邊緣檢測 21
3.3.1 Sobel 22
3.3.2 Prewitt 23
3.3.3 Robert 23
3.4 數學形態學(Morphology) 24
3.4.1 侵蝕(Erode) 25
3.4.2 膨脹(Dilate) 25
3.4.3 斷開(Opening) 25
3.4.4 閉合(Closing) 26
3.5 霍夫轉換(Hough transform) 26
3.6 感興趣區域(Region of interest; R.O.I) 28
3.7 樣板比對(Pattern Matching) 29
第四章 影像伺服回授控制尋標系統 32
4.1 XXY平台控制法則 33
4.1.1 原點復歸 33
4.1.2 馬達狀態讀取 37
4.2 影像對位系統 40
4.2.1 動態偵測法 41
4.2.2 樣板比對法 46
4.2.3尋邊比對法 48
4.2.4 形態學法 53
4.2.5 霍夫轉換法 54
4.3 無線極限開關設計 56
4.3.1 Zigbee介紹 57
4.3.2 Zigbee拓樸類型 59
4.3.3 TI CC2530模組 60
4.3.4 PAN ID 63
4.3.5 Arduino介紹 64
4.3.7 啟動開機加載程序(Bootloader) 66
4.3.8 軟體流程 68
4.3.9 硬體架構 69
第五章 實驗結果 72
5.1 實驗分析操作流程 72
5.2 實驗數據 74
5.2.1實驗分析 74
5.2.2 尋標比對速度比較 75
5.2.3 標記對位精度比較 75
第六章 結論與未來展望 86
6.1 結論 86
6.2 未來展望 87
參考文獻 89

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