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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:吳炅熾
研究生(外文):WU,CHIUNG-CHIH
論文名稱:光學檢測系統應用於扁平矩形材料板平面尺寸測量
論文名稱(外文):Optical Inspection System for Metallic Rectangular Slab Measurement
指導教授:楊文然
指導教授(外文):YANG,WEN-RAN
口試委員:陳德超楊文然王朝興
口試委員(外文):CHEN,TE-CHAOYANG,WEN-RANWANG,CHAO-SING
口試日期:2022-07-19
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電機工程學系
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:2022
畢業學年度:110
語文別:中文
論文頁數:42
中文關鍵詞:光學檢測系統尺寸量測Raspberry Pi 4CNC銑床加工Python
外文關鍵詞:optical inspection systemdimension measurementRaspberry Pi 4CNC milling machine processingPython
相關次數:
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素材的尺寸對於加工產業是非常重要的一環,但大多數的加工廠都是透過人工測量方式來檢驗向廠商所購買的素材尺寸大小,這樣的檢測方式不僅耗費人力、時間,更不能確保測量的穩定性,因此本研究將結合嵌入式系統Raspberry Pi 4 Model B作為微處理器與其相機模組Raspberry Pi Camera Rev1.3結合,開發一套光學尺寸測量系統來增加量測產能與減少人力成本,並以三塊不同尺寸的鐵製板材作為測量對象。測量結果顯示,量測的最大誤差率在1%以下,系統量測數值範圍在0.05mm以內。這代表本論文的量測系統有一定的精準度,且量測時間皆在5秒以內就能完成,可以有效降低量測時間。根據上述結果,本研究設計之測量系統,有助於素材進入加工前的尺寸檢測速度及穩定性。


關鍵字: 光學檢測系統、尺寸量測、Raspberry Pi 4、CNC銑床加工、Python。

The size of the material is a very important part of the processing industry, but most processing factories use manual measurement to check the size of the material purchased from the manufacturer. This testing method is not only labor-intensive, time-consuming, but also unable to ensure measurement. Therefore, this research will combine the embedded system Raspberry Pi 4 Model B as a microprocessor and its camera module Raspberry Pi Camera Rev1.3 to develop an optical dimension measurement system to increase the measurement capacity and reduce labor costs, and Take three iron plates of different sizes as the measurement objects. The measurement results show that the maximum error rate of the measurement is less than 1%, and the range of the system measurement value is within 0.05mm. This means that the measurement system of this paper has a certain accuracy, and the measurement time can be completed within 5 seconds, which can effectively reduce the measurement time. According to the above results, the measurement system designed in this study is helpful for the speed and stability of dimensional inspection of materials before processing.

Keywords: optical inspection system, dimension measurement, Raspberry Pi 4, CNC milling machine processing, Python.

目 錄
摘 要 I
Abstract II
謝 誌 III
目 錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究方法 3
1.3 論文架構 5
第二章 CNC加工條件及量測工具介紹 6
2.1 CNC銑床簡介 6
2.2 測量工具 9
第三章 硬體介紹 17
3.1 測量平台 17
3.2 Raspberry Pi主機 18
3.3 Raspberry Pi相機 19
3.4 光源 21
第四章 實驗結果與討論 23
4.1 系統演算流程與功能介紹 23
4.2 測量系統及傳統測量對比 33
4.3 各項工具量測時間比較 38
第五章 結論與展望 39
參考文獻 40


圖目錄
圖 1 1 游標卡尺量測誤差演示 1
圖 1 2 進料檢驗流程 2
圖 1 3 研究流程 4
圖 2 1 綜合加工中心機 6
圖 2 2 加工流程 7
圖 2 3 程式原點示意圖 8
圖 2 4 數位游標卡尺 9
圖 2 5 塊規 10
圖 2 6 游標卡尺校正 10
圖 2 7 測量平台 11
圖 2 8 Raspberry Pi主機與Raspberry Pi相機組合展示 12
圖 2 9 工件加入光源後展示 13
圖 2 10 系統流程圖 14
圖 2 11 樣本與工件置放 15
圖 2 12 設定樣本尺寸 15
圖 2 13 工件量測系統 16
圖 3 1 框架平台展示 17
圖 3 2 Raspberry Pi主機 18
圖 3 3 Raspberry Pi相機 20
圖 3 4 上光源模組 21
圖 3 5 下光源模組 22
圖 4 1 灰階圖 24
圖 4 2 灰度直方圖 25
圖 4 3 高斯濾波與Canny閥值設定 26
圖 4 4 Canny邊緣偵測圖 27
圖 4 5 Canny二值化閥值設定 28
圖 4 6 二極值設定演示 29
圖 4 7 高斯濾波器演示 31
圖 4 8 工件擺放方式及測量展示 34
圖 4 9 程式執行測量尺寸 35

表目錄
表 2 1 CNC銑床坐標系 7
表 2 2 游標卡尺規格 9
表 2 3 測量平台規格 11
表 3 1 Raspberry Pi 主機規格 19
表 3 2 Raspberry Pi 相機規格 20
表 4 1游標卡尺測量之工件規格 33
表 4 2 系統量測工件A測量結果 36
表 4 3 系統量測工件B測量結果 36
表 4 4 系統量測工件C測量結果 37
表 4 5測量工具規格 38
表 4 6工件長邊與寬邊測量時間 38


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[2]陳念舜手足一體精益求精 機器視覺跟隨產業轉型。聯合新聞網, 發布日期:2021-10-12 08:42
https://udn.com/news/story/11726/5807694
[3]金屬製品業主要營運指標優於整體製造業。種類:產業簡訊,發布單位:統計處 發布日期:2021-04-15 09:00
https://www.moea.gov.tw/Mns/dos/bulletin/Bulletin.aspx?kind=9&html=1&menu_id=18808&bull_id=8657
[4]洪錦魁 ," Python最強入門邁向頂尖高手之路:王者歸來(第二版)全彩版", 深智數位,2020.
[5]朱克剛 , " AIOT與OpenCV實戰應用(第三版):Python、樹莓派、物聯網與機器視覺" 碁峰 ,2021.
[6] 台中精機廠股份有限公司-產品Vcenter-P76/106/P136目錄 https://www.victortaichung.com/machine-tools/tw/Vcenter-P106.html
[7]MC 中心機VC-P系列( FANUC SERIES 0i-MF )精機操作手冊,第二版,台中精機廠股份有限公司.
[8] MC中心機程式說明書 98-07-14 (正式版),台中精機廠股份有限公司
[9] 台灣三豐儀器股份有限公司-產品型錄https://www.mitutoyo.com.tw/web/contact/contact.jsp
[10]國家標準確認公布, 經標一字第 10610012350 號, 經濟部標準檢驗局,中華民國 106 年 7 月 27 日
[11] Raspberry Pi 官方網站 https://www.raspberrypi.com/products/camera-module-v2/
[12] SUNRISE BICYCLE INDUSTRIAL CO,. LTD 2016.http://www.sunrise.org.tw/zh_alloy.php
[13] Eben Upton,24th Jun 2019,Raspberry Pi 4 on sale now from $35
https://www.raspberrypi.com/news/raspberry-pi-4-on-sale-now-from-35/
[14] Google 維基百科,樹莓派,日期:2022/04/05,取自:https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%91%E8%8E%93%E6%B4%BE
[15] Raspberry Pi官方網站
https://www.raspberrypi.com/documentation/accessories/camera.html
[16] Piyet PChome賣場
https://24h.pchome.com.tw/prod/DGCF0K-A9008ZURS
[17] raspberrypi官方文檔 https://www.raspberrypi.com/documentation/accessories/camera.html
[18] Google 維基百科,環形補光燈,日期:2022/04/05,取自:https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%97%AA%E5%85%89%E7%81%AF
[19] 台灣森下股份有限公司http://www.mstelectric.com.tw/product_details.php?id=331.
[20] 陳乃塘, 數位影像處理. 高立圖書, 2019 .
[21] J. J. I. T. o. p. a. Canny and m. intelligence, "A computational approach to edge detection," no. 6, pp. 679-698, 1986.conference, 1988, vol. 15, no. 50: Citeseer, pp. 10-5244.
[22] C. Harris and M. Stephens, "A combined corner and edge detector," in Alvey vision conference, 1988, vol. 15, no. 50: Citeseer, pp. 10-5244
[23] 張元翔, 數位影像處理:Python程式實作(第二版). 全華圖書, 2020.
[24] 張笑航, “精密量具及機件檢驗”,全華科技圖書股份有限公司, 台北 (2003)
[25] 劉建宏,“光學影像檢測模組織開發與應用”,國立台灣大學機械工程學研究所碩士論文,(2002).
[26]伊大慶,唐永強,劉斌,“基於Canny運子的圖像邊緣檢測實現”,中國科技博覽,第9期 pp.33,2013年

電子全文 電子全文(網際網路公開日期:20270802)
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