面向智慧城市的地表水总磷在线检测系统设计
这是一篇关于智慧城市,总磷,在线检测,Z型流通池,流动分析的论文, 主要内容为智慧水务是智慧城市的重要组成部分,水质常规参数智能化检测对实现智慧水务至关重要。总磷的含量是评价水体富营养化程度的重要指标之一。目前总磷的检测方法主要有离线方法和在线方法。现有的总磷离线检测仪器操作繁琐且具有一定危险性。现有的商用总磷在线检测仪器存在检测周期长、体积大、价格昂贵等问题。据此,本研究研发了一种操作简单、体积小、成本低、准确度和稳定性好的总磷在线检测系统。通过对系统的需求分析,提出了总磷在线检测系统总体硬件和软件设计方案。采用紫外光消解法和磷钼蓝分光光度法结合流动分析技术,设计系统分析流路。特别针对Z型流通池受气泡干扰的问题,做了理论及仿真研究,对Z型流通池的溶液出口与入口的夹角进行优化设计。系统采用模块化设计思想,设计蠕动泵设备模块、电磁阀设备模块、紫外消解设备、注射泵设备模块和检测模块等,以完成采集、消解、混合、检测等功能。系统以STM32F103RBT6为核心,基于RT-Thread嵌入式实时操作系统设计各设备的控制线程,实现各设备的有序管理和控制。选用TSL2581光数字传感器研制检测模块,实现对总磷浓度的在线检测。基于Free Modbus协议库,采用Modbus协议完成系统主机与从机设备间的数据传输。利用Lab VIEW软件平台设计上位机人机交互程序,实现对各设备的智能控制和数据实时采集及处理。最后,通过软硬件调试分别验证了硬件电路、软件系统及Modbus协议的有效性。不同角度的流通池气泡实验结果显示,角度对气泡排出有影响,根据实验结果获取最佳角度(75°),优化了流通池结构设计。系统性能实验表明,系统检测下限为0.0004mg/L,远低于国标法检测限。系统稳定性良好,浓度为0.02mg/L、0.20mg/L、0.60 mg/L的磷酸盐样品测定结果的相对标准偏差分别为1.71%、0.87%、0.72%(n=13)。系统测定的水样浓度为0.046～0.825mg/L,基于国标法测定的水样浓度为0.048～0.792mg/L,二者测定的结果呈线性相关(y=0.9804x-0.0007,R2=0.9969,n=9),拟合方程的斜率接近1,说明系统测定的结果与国标法测定的结果近似程度高、误差小。实际应用表明,系统满足总磷在线测定的需求,可为智慧城市建设和环境保护提供技术保障。
基于机器视觉的Die偏移在线检测系统研究
这是一篇关于Die偏移检测,图像处理,在线检测,目标检测,边缘检测的论文, 主要内容为我国在集成电路行业占据大量的市场份额,但由于制造和检测设备的落后导致半导体芯片长期供不应求。针对芯片制造过程中单颗未封装芯片(die)位置和角度偏移的高精度检测问题,本研究设计了一套基于机器视觉的die偏移在线检测系统,系统具有微米级检测精度、与产线速度匹配的高实时性、不同尺寸芯片的高兼容性,具体研究内容如下:1.检测系统硬件平台设计,包括物料流通线、视觉系统运动平台和图像采集模块。物料流通线由一条上料流道和四条下料流道组成,上料流道用于从前序设备接收待测料盘,下料流道用于向后续设备运送已测料盘,物料流通线采用步进电机驱动的皮带轮传动设计,运动速度设置为60mm/s;视觉系统运动平台由高精度三维运动平台组成,驱动图像采集模块对待测芯片实现全幅面扫描,X、Y、Z三轴的行程分别为360mm、200mm和70mm,满足不同物料尺寸需求;图像采集模块采用飞拍模式实现图像采集,根据视野、精度、照明等需求确定了相机、镜头和光源,经标定得到图像单像素分辨率为6.943μm,满足图像精度需求。飞拍移动速度为20mm/s,满足检测速度需求。2.运动控制设计。设计了以运动控制卡和PC机为核心的总线型运动控制系统,采用PCIe-8334总线型运动控制卡作为Ether CAT主站,控制多个从站包括32路输入模块、32路输出模块、4台伺服驱动器、3台一拖二步进电机驱动器。基于以上运动控制系统,设计检测系统的工作流程,确定矩阵式die测试盘的飞拍轨迹,实现检测系统复杂的运动功能需求。3.die偏移检测算法研究。算法基于YOLOv5目标检测网络和Halcon视觉算法库设计,包括图像预处理、die和Mark点的识别与定位、图像矫正、die精确定位四部分。预处理使用中值滤波和高频对比度增强,突出die的边缘和对比度特征;训练的YOLOv5m模型对测试集30张图片的die和Mark点进行识别与定位,识别准确率为100%,定位误差为3～15pixels,平均耗时为57ms,满足粗定位需求;使用模板匹配对Mark点进行精确定位,基于定位结果对图像仿射变换完成图像矫正;die精确定位使用一种基于边缘检测的矩形测量模型,提取的die角点坐标与图像中坐标对比,误差低于1pixel,满足精确定位需求。检测算法平均耗时为169.2ms,远小于图像采集系统视野切换的时间间隔1.04s,算法速度满足需求;比例0～0.1的椒盐噪声对检测结果无明显影响,算法的鲁棒性满足需求。4.软件系统设计和在线实验分析。基于Visual Stdio 2015+QT5.9环境使用C++语言设计了上位机软件系统,结合大恒相机SDK函数库、Halcon视觉算法库和APS运动控制卡函数库。使用检测系统进行偏移检测实验分析,对三种样品的单次测量和重复测量误差均小于10μm,位置偏移误差带为-9.7μm～9.8μm,角度偏移误差带为-0.10°～0.08°;对检测系统进行了GR&R分析,结果如下:%GRR=6.85%<10%,可区分类别数=20>5,系统的精确度和分辨力可接受。
竹木板材动态模量在线检测系统设计与研究
这是一篇关于竹木板材,在线检测,弹性模量,剪切模量,FPGA的论文, 主要内容为竹木板材是指将竹材和木材以相同或不同的结构单元形式进行组合、胶接而制成的复合板材,竹木板材作为一种原料,被广泛用于生产家具、地板及工程装修等。由于竹材和木材两种材料的材质不同,密度也不同,这些差别都会影响竹木板材的性能。弹性模量和剪切模量是竹木板材重要的物理特性参数,也是评估竹木板材力学性能的重要参数。为快速无损测定竹木板材的动态弹性模量和动态剪切模量,本文设计了一种基于FPGA的在线检测系统来测量竹木板材的动态弹性模量和动态剪切模量,并与静态测试进行分析对比,以验证测试结果。本文主要构建了一个竹木板材动态模量在线检测系统并与静态法进行对比,主要工作如下:(1)选取ATSM E1876标准为测量方法,利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对竹木板材进行仿真,仿真结果表明选用该方法可以有效测出竹木板材的动态弹性模量和动态剪切模量。(2)系统采用“软硬结合”的设计方案,以Altera CycloneⅤ系列的DE10-nano开发板为设计平台,以Nios II软核处理器为核心,搭建了一个竹木板材动态模量检测系统。通过选取电阻应变片传感器拾取板材激振信号,将信号进行放大后送入FPGA开发板的模数转换模块。在系统硬件模块构造中,设计并配置ADC、JTAG、RAM、PLL、PIO模块等,利用Qsys连接Nios II软核处理器及相关配置模块,并进行相关引脚分配。在系统软件模块设计中,利用C语言编程实现频谱变换、一阶模的获取以及模量计算。(3)利用QT软件设计竹木板材动态模量检测系统的界面,实现人机交互功能,方便用户使用。其主要功能包括:开始采集信号,进行频谱变换和计算动态模量等。(4)为验证系统的可行性,将系统测量结果与静态法,如力学破坏法测量结果进行对比,其弹性模量的相对误差在0.14%—2.59%之间,剪切模量的相对误差在0.32%—7.45%之间。实测数据表明该系统可以准确测量竹木板材的动态模量。本系统主要采用FPGA开发板搭建测量系统,完成信号采集与放大、模数转换、频谱变换、一阶模获取、模量计算、QT界面及整体硬件系统构建等设计,并在实际环境中对其整体功能进行测试。通过与力学破坏法测量结果对比,证明该动态模量在线检测系统可以有效地测量竹木板材的动态弹性模量和动态剪切模量,处理速度快、应用灵活、稳定性强,可满足生产过程的实时检测需求。
面向智慧城市的地表水总磷在线检测系统设计
这是一篇关于智慧城市,总磷,在线检测,Z型流通池,流动分析的论文, 主要内容为智慧水务是智慧城市的重要组成部分,水质常规参数智能化检测对实现智慧水务至关重要。总磷的含量是评价水体富营养化程度的重要指标之一。目前总磷的检测方法主要有离线方法和在线方法。现有的总磷离线检测仪器操作繁琐且具有一定危险性。现有的商用总磷在线检测仪器存在检测周期长、体积大、价格昂贵等问题。据此,本研究研发了一种操作简单、体积小、成本低、准确度和稳定性好的总磷在线检测系统。通过对系统的需求分析,提出了总磷在线检测系统总体硬件和软件设计方案。采用紫外光消解法和磷钼蓝分光光度法结合流动分析技术,设计系统分析流路。特别针对Z型流通池受气泡干扰的问题,做了理论及仿真研究,对Z型流通池的溶液出口与入口的夹角进行优化设计。系统采用模块化设计思想,设计蠕动泵设备模块、电磁阀设备模块、紫外消解设备、注射泵设备模块和检测模块等,以完成采集、消解、混合、检测等功能。系统以STM32F103RBT6为核心,基于RT-Thread嵌入式实时操作系统设计各设备的控制线程,实现各设备的有序管理和控制。选用TSL2581光数字传感器研制检测模块,实现对总磷浓度的在线检测。基于Free Modbus协议库,采用Modbus协议完成系统主机与从机设备间的数据传输。利用Lab VIEW软件平台设计上位机人机交互程序,实现对各设备的智能控制和数据实时采集及处理。最后,通过软硬件调试分别验证了硬件电路、软件系统及Modbus协议的有效性。不同角度的流通池气泡实验结果显示,角度对气泡排出有影响,根据实验结果获取最佳角度(75°),优化了流通池结构设计。系统性能实验表明,系统检测下限为0.0004mg/L,远低于国标法检测限。系统稳定性良好,浓度为0.02mg/L、0.20mg/L、0.60 mg/L的磷酸盐样品测定结果的相对标准偏差分别为1.71%、0.87%、0.72%(n=13)。系统测定的水样浓度为0.046～0.825mg/L,基于国标法测定的水样浓度为0.048～0.792mg/L,二者测定的结果呈线性相关(y=0.9804x-0.0007,R2=0.9969,n=9),拟合方程的斜率接近1,说明系统测定的结果与国标法测定的结果近似程度高、误差小。实际应用表明,系统满足总磷在线测定的需求,可为智慧城市建设和环境保护提供技术保障。
基于线激光传感器的异型钢丝尺寸在线检测系统
这是一篇关于异型钢丝,线激光传感器,角度安装误差,尺寸测量,在线检测的论文, 主要内容为异型钢丝因具有特定的形状特征和优良的力学性能,在各行各业都得到了广泛的应用。目前,我国的钢丝生产厂家基本还在使用游标卡尺等传统人工测量方式来检测异型钢丝,检测效率低,对复杂截面仅能得到局部数据,无法在线获得钢丝截形数据,进而无法对生产形成实时反馈,无法实现生产自动调节以及工艺迭代与优化。本文主要以梯形钢丝截面尺寸检测为对象,研制开发了一套异型钢丝截面尺寸在线检测系统,可以快速、准确地检测异型钢丝的尺寸,为生产状态分析以及钢丝生产智能化的实现打下基础。主要工作内容如下:1.综合调研了目前常用的测量方法,选取线激光非接触测量作为异型钢丝的在线检测技术,结合梯形钢丝的截面轮廓特征,提出并设计了由4个传感器组合而成的综合检测系统的测量方案,并据此搭建了实验测试平台。2.分析了上述检测系统的测量误差,重点研究了对测量结果影响最大的传感器安装角度倾斜所导致的测量误差。建立了基于绕x、y轴倾斜α、β角度的坐标值误差补偿模型,结果发现:在满足梯形钢丝测量精度的情况下,通过该方法计算得到的α、β值与实际值误差小于0.15°,对测量值影响小于0.001mm,可消除安装误差对测量结果的影响,验证了该误差补偿方法的实用性。3.结合梯形钢丝的截面轮廓特征,对测量数据进行了预处理、特征点识别和轮廓拟合等处理,并实现了梯形钢丝的尺寸测量。准确度对比试验表明:未加角度补偿前与游标卡尺测量值间的差值在16μm左右,加角度补偿后差值降到4μm以下,大大降低了传感器安装角度所带来的测量误差。40次重复试验的测量结果标准差在2μm左右,验证了本系统不仅满足钢丝±0.02 mm检测要求,同时具有良好的可行性和稳定性,能够很好地实现异型钢丝的在线测量。4.设计开发了在线检测系统的软件平台。利用C#、MATLAB以及SQL Server数据库技术等,完成了异型钢丝截面尺寸在线检测软件的开发。软件系统主要包括登录管理、设备连接、标定校正、尺寸测量、质量管理和信息录入六个部分,使检测系统更加具备可操作性,并提高工厂对钢丝质量的管理,为异型钢丝尺寸检测的数据溯源打下了基础。
竹木板材动态模量在线检测系统设计与研究
这是一篇关于竹木板材,在线检测,弹性模量,剪切模量,FPGA的论文, 主要内容为竹木板材是指将竹材和木材以相同或不同的结构单元形式进行组合、胶接而制成的复合板材,竹木板材作为一种原料,被广泛用于生产家具、地板及工程装修等。由于竹材和木材两种材料的材质不同,密度也不同,这些差别都会影响竹木板材的性能。弹性模量和剪切模量是竹木板材重要的物理特性参数,也是评估竹木板材力学性能的重要参数。为快速无损测定竹木板材的动态弹性模量和动态剪切模量,本文设计了一种基于FPGA的在线检测系统来测量竹木板材的动态弹性模量和动态剪切模量,并与静态测试进行分析对比,以验证测试结果。本文主要构建了一个竹木板材动态模量在线检测系统并与静态法进行对比,主要工作如下:(1)选取ATSM E1876标准为测量方法,利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件对竹木板材进行仿真,仿真结果表明选用该方法可以有效测出竹木板材的动态弹性模量和动态剪切模量。(2)系统采用“软硬结合”的设计方案,以Altera CycloneⅤ系列的DE10-nano开发板为设计平台,以Nios II软核处理器为核心,搭建了一个竹木板材动态模量检测系统。通过选取电阻应变片传感器拾取板材激振信号,将信号进行放大后送入FPGA开发板的模数转换模块。在系统硬件模块构造中,设计并配置ADC、JTAG、RAM、PLL、PIO模块等,利用Qsys连接Nios II软核处理器及相关配置模块,并进行相关引脚分配。在系统软件模块设计中,利用C语言编程实现频谱变换、一阶模的获取以及模量计算。(3)利用QT软件设计竹木板材动态模量检测系统的界面,实现人机交互功能,方便用户使用。其主要功能包括:开始采集信号,进行频谱变换和计算动态模量等。(4)为验证系统的可行性,将系统测量结果与静态法,如力学破坏法测量结果进行对比,其弹性模量的相对误差在0.14%—2.59%之间,剪切模量的相对误差在0.32%—7.45%之间。实测数据表明该系统可以准确测量竹木板材的动态模量。本系统主要采用FPGA开发板搭建测量系统,完成信号采集与放大、模数转换、频谱变换、一阶模获取、模量计算、QT界面及整体硬件系统构建等设计,并在实际环境中对其整体功能进行测试。通过与力学破坏法测量结果对比,证明该动态模量在线检测系统可以有效地测量竹木板材的动态弹性模量和动态剪切模量,处理速度快、应用灵活、稳定性强,可满足生产过程的实时检测需求。
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