視覺傳感器在榴彈彈體直徑圖形視覺識(shí)別檢測(cè)系統(tǒng)上的應(yīng)用
一：概述
1. 榴彈彈體直徑做為其很重要的技術(shù)指標(biāo)，早期檢測(cè)依賴人工或者機(jī)械檢測(cè)，效率低，并且容易出錯(cuò)，不利于大批量、高速度、高可靠性的現(xiàn)代化生產(chǎn)；
2. 隨著圖像識(shí)別的理論技術(shù)和應(yīng)用可靠性以及檢測(cè)精度的大幅提高，此一現(xiàn)代化的圖像檢測(cè)和識(shí)別技術(shù)大量應(yīng)用到軍工和民用產(chǎn)品的生產(chǎn)領(lǐng)域，以嶄新的檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)以前無法達(dá)到的復(fù)雜的檢測(cè)目的；
3. 美國邦納工程國際有限公司（Banner Engineering）長期專業(yè)致力于高端光電檢測(cè)和視覺檢測(cè)技術(shù)研發(fā)和制造，是此行業(yè)的全球領(lǐng)跑者，此次應(yīng)用邦納的130萬像素的視覺檢測(cè)系統(tǒng)用于檢 測(cè)榴彈彈體直徑，是美國邦納的專業(yè)視覺系統(tǒng)工程師經(jīng)過長期豐富的經(jīng)驗(yàn)積累和周密理論計(jì)算，并根據(jù)項(xiàng)目的具體特征而設(shè)計(jì)的解決方案，我們有充分的理論和大量 的實(shí)際應(yīng)用實(shí)踐數(shù)據(jù)依據(jù)來證明方案的可行性；
4. 邦納視覺系統(tǒng)內(nèi)置多種檢測(cè)工具，以強(qiáng)大的軟件功能以簡(jiǎn)單的打包組態(tài)的開發(fā)形式由專用開發(fā)軟件設(shè)置并經(jīng)下載到視覺控制器，即可完成所有的預(yù)設(shè)檢測(cè)任務(wù)；和目 前的一些視覺系統(tǒng)不一樣的是邦納視覺系統(tǒng)無須軟件底層復(fù)雜的二次開發(fā)工作，因此開發(fā)快速，軟件和硬件可靠性極高；
二：榴彈彈體檢測(cè)內(nèi)容
1. 設(shè)定以下約束檢測(cè)條件：
檢測(cè)對(duì)象是榴彈外觀：
1.1、彈帶部直徑：合格品上下限：31mm-31.13mm。檢測(cè)精度：正負(fù)0.015mm
1.2、定心部直徑：合格品上下限：29.8mm-29.9 mm。檢測(cè)精度：正負(fù)0.015mm
檢測(cè)條件：
對(duì)象物狀態(tài)：靜止 或 運(yùn)動(dòng)
檢測(cè)背景： 背光源
系統(tǒng)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)有防爆要求
2. 檢測(cè)結(jié)果：
當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)得到的檢測(cè)數(shù)據(jù)，未達(dá)到給定合格品上下限或者精度要求，系統(tǒng)將由程序開發(fā)者定義一個(gè)顯式的輸出狀態(tài)（比如輸出繼電器吸合）供其它系統(tǒng)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)用；
系統(tǒng)的檢測(cè)條件和檢測(cè)過程可允許改變和實(shí)時(shí)監(jiān)控。
三：系統(tǒng)總體解決方案：
1．根據(jù)對(duì)本次檢測(cè)約束條件的理解，為了取得良好的檢測(cè)效果，我們決定采用130萬像素的高精度視覺產(chǎn)品并配合高穩(wěn)定度平行背光源來完成檢測(cè)任務(wù)。
2．將相機(jī)垂直安裝在檢測(cè)面的上方，背光源垂直于檢測(cè)面下方，并使相機(jī)、被測(cè)物的檢測(cè)面、光源保持在同一軸面，這樣就可以利用直徑檢測(cè)工具精確的測(cè)量出彈帶部和定心部的直徑，并且可以配合防暴盒和防暴電纜可以達(dá)到防暴的環(huán)境要求
3．實(shí)現(xiàn)防爆環(huán)境說明：
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)環(huán)境要求視覺系統(tǒng)必須具有防爆功能，我們決定采用加裝防爆盒和防爆電纜的方式來滿足防爆環(huán)境的需要。
3.1 視覺傳感器的防爆處理過程
在視覺傳感器外邊加一個(gè)密封防爆箱，防爆箱有一面選用同光率良好的防爆玻璃并使其與視覺傳感器的鏡頭一面緊貼，這樣既可以保證現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的防爆要求有可以確保視覺系統(tǒng)的拍照精度。
3.2 視覺傳感器通信和供電電纜的防爆處理過程
由于通信和供電電纜和視覺傳感器互相連接，并且沒有防爆等級(jí)，故要用專用的具有防爆等級(jí)的電纜代替，我們可以將原有的電纜放在視覺傳感器防爆盒內(nèi)，然后用等芯的防爆電纜作轉(zhuǎn)接處理，并將防爆電纜引出防爆盒的部分用防爆密閉接頭作密封處理
3.3 光源的防爆處理
在光源外邊加一個(gè)密封防爆箱，防爆箱有一面選用同光率良好的防爆玻璃并使其與光源發(fā)光一面緊貼，這樣既可以保證現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的防爆要求有可以確保光源光線的強(qiáng)度。
3.4 光源供電電纜的防爆處理過程
將原有的電纜放在光源防爆盒內(nèi)，然后用等芯的防爆電纜作轉(zhuǎn)接處理，并將防爆電纜引出防爆盒的部分用防爆密閉接頭作密封處理
4． 安裝位置及檢測(cè)說明（圖一）
（圖一）
4.1 P4 1.3 50mm鏡頭 13mm增倍鏡 50x50背光源
4.2 背光源由高亮度LED組成，構(gòu)成面發(fā)光元件，LED上有半透明材料，形成穩(wěn)定的平行光源供視覺系統(tǒng)采用；
4.3 調(diào)整發(fā)光面，使得被測(cè)面出現(xiàn)清晰可見的邊沿，以得到高精度的檢測(cè)結(jié)果；
4.4 調(diào)整鍍膜的高精度的光學(xué)變焦鏡頭來獲取大視野，保證130萬像素的利用率；
選用背光源說明：
4.4.1、 背光源是由密排的高亮LED組成，模擬面發(fā)光的效果，在密排LED燈上面半透明的塑料遮蓋，讓光線充滿在背光光源殼體里面，形成穩(wěn)定的光學(xué)環(huán)境。同時(shí)通過特制半透明的塑料片將多余的光線過濾發(fā)出類似平行光的光線。這種光學(xué)環(huán)境特別適合在物體的形狀和尺寸的檢測(cè)。
4.4.2、 在測(cè)量尺寸的時(shí)候，我們把發(fā)光面收窄，讓發(fā)光面稍大于被測(cè)物體，使得被測(cè)物體的側(cè)面（如果被測(cè)物體表面非常光亮）不反光。這樣，我們的被測(cè)物體的邊緣將呈現(xiàn)出黑白分明的圖像出來，達(dá)到精密測(cè)量的結(jié)果。
加裝玻璃對(duì)于檢測(cè)結(jié)果影響說明：
加裝玻璃后不會(huì)對(duì)于檢測(cè)的實(shí)際結(jié)果有什么影響。因?yàn)椴ＡУ耐ü饴时容^好，但是要注意以下方面：
A、我們要選用通光率較好的玻璃，這樣保證有足夠的照明強(qiáng)度。
B、要選用平整的玻璃，這樣可以避免視像的變形。
5. 傳感器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：我們選用體積較小的一體式視覺傳感器（鏡頭＋攝像頭＋視覺處理器＋控制器），可以保證傳輸數(shù)據(jù)不 受到外接EMI干擾,具有良好的EMC特性；
四：檢測(cè)方案詳細(xì)描述：
1. 榴彈彈體檢測(cè)過程描述：
由于要對(duì)彈體的彈帶部和定心部?jī)蓚€(gè)部分一周直徑進(jìn)行檢測(cè)，并且彈體的定心部的尺寸比較長，所以要通過水平轉(zhuǎn)動(dòng)和上下移動(dòng)視覺傳感器來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過程。
a、在視覺傳感器和光源之間作聯(lián)動(dòng)處理，來保證上下移位時(shí)視覺傳感器的拍照水準(zhǔn)一致性；
b、當(dāng)彈體到達(dá)檢測(cè)工位時(shí)，機(jī)械部分給傳感器一個(gè)觸發(fā)拍照信號(hào)，檢測(cè)彈帶部和定心部部分尺寸。然后水平轉(zhuǎn)動(dòng)彈體檢測(cè)其他角度的直徑，在每一次轉(zhuǎn)動(dòng)角度到位后，機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置發(fā)出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)給視覺傳感器觸發(fā)拍照（具體彈體的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)由客戶的檢測(cè)要求決定）。
C、上下移動(dòng)彈體到余下的檢測(cè)部分，并在移動(dòng)到位后機(jī)械部分給傳感器一個(gè)觸發(fā)拍照信號(hào)來檢測(cè)余下定心部尺寸的直徑。然后水平轉(zhuǎn)動(dòng)彈體檢測(cè)其他角 度的直徑，在每一次轉(zhuǎn)動(dòng)角度到位后，機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置發(fā)出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)給視覺傳感器觸發(fā)拍照（具體彈體的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)由客戶的檢測(cè)要求決定）。
1.1單次視覺系統(tǒng)檢測(cè)過程描述：
1.1.1 由機(jī)械上安裝的一個(gè)檢測(cè)到位裝置，觸發(fā)視覺系統(tǒng)拍照；
1.1.2 視覺系統(tǒng)按照預(yù)先的設(shè)置，將標(biāo)準(zhǔn)圖形和此次拍照得到的圖形作對(duì)比，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整和平移坐標(biāo)，調(diào)整到正確的檢測(cè)位置得到圖形檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)位置；
1.1.3 按照預(yù)先的設(shè)置計(jì)算需要檢測(cè)的目標(biāo)數(shù)據(jù)；
1.1.4 將結(jié)果輸出：開關(guān)量或者RS232接口數(shù)據(jù)或者是TCP/IP接口數(shù)據(jù)；
1.1.5 下次檢測(cè)
整個(gè)檢測(cè)周期不超過200毫秒
2. 視覺系統(tǒng)軟件設(shè)置和調(diào)整過程
2.1 拍照后，調(diào)整曝光的參數(shù)，獲得對(duì)比度較佳的圖片
步驟1 拍照，得到高精度圖形
2.2 設(shè)置定位工具，以得到測(cè)試基準(zhǔn)數(shù)據(jù)
步驟2:設(shè)置定位工具
2.3 選用邊沿工具，得到準(zhǔn)確的榴彈檢測(cè)位置的坐標(biāo)
步驟3:設(shè)置邊沿工具
2.4 選定測(cè)量工具：按照2.3設(shè)置的邊沿得到被測(cè)直徑
步驟4:設(shè)置測(cè)量工具
由于要測(cè)量?jī)啥沃睆剿赃x用2個(gè)測(cè)量工具
2.5 選定測(cè)試工具：根據(jù)測(cè)量工具的測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)，按照給定測(cè)量條件設(shè)定判斷條件，以輸出正確的測(cè)量結(jié)果到給定輸出接口；
步驟5:設(shè)定測(cè)試工具1 (位置1判定)
步驟6:設(shè)定測(cè)試工具2（位置2判定）
2.6 啟動(dòng)視覺系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行
步驟7:通過監(jiān)視器觀測(cè)到的運(yùn)行狀態(tài)；
步驟8:通過計(jì)算機(jī)專用軟件監(jiān)測(cè)所有實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)；
此時(shí)的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果為：定心部：1037.7像素 彈帶部：1082.3像素
步驟9:運(yùn)行時(shí)間，得到準(zhǔn)確的檢測(cè)時(shí)間周期，以滿足快速檢測(cè)的要求；
步驟10:調(diào)整旋轉(zhuǎn)偏移角度，以彌補(bǔ)機(jī)械定位引發(fā)的角度誤差，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精確檢測(cè)
五：結(jié)論和檢測(cè)精度說明：
此次檢測(cè)采用130萬像素的視覺產(chǎn)品，其分辨率為1280X1024；
當(dāng)橫向視野范圍為35mm時(shí) 其物力穩(wěn)定的檢測(cè)精度：35mm/1280x1000=27.34375mm/像素，由于本視覺系統(tǒng)具有亞像素算法，4倍的采樣速率,可以將物理精度提高4倍，所以實(shí)際穩(wěn)定檢測(cè)精度為：8微米/像素；
精度符合對(duì)方優(yōu)于正負(fù)15微米檢測(cè)精度要求；
實(shí)際檢測(cè)周期達(dá)到200毫秒，符合優(yōu)于10秒的檢測(cè)時(shí)間要求；
亞像素測(cè)試說明：
這個(gè)圖片是一張標(biāo)準(zhǔn)的黑白對(duì)比圖例，我們?cè)趦煞N灰度的界面上，運(yùn)用邊緣定位工具可以輕易的觀測(cè)由暗到亮的灰度變化。在這個(gè)檢測(cè)中邊緣變化點(diǎn)的坐標(biāo)為（492，565），此時(shí)的采樣速率為1。
被放大的圖像，我們可以觀測(cè)到每一個(gè)像素點(diǎn)的灰度變化。
采用4倍采樣速率時(shí)，此檢測(cè)的邊緣定位坐標(biāo)為（491.5，564）
通過選擇不同的采樣速率，可以提高檢測(cè)精度。我們產(chǎn)品可以分辨出1/4個(gè)像素的精度。
如需要本方案的更進(jìn)一步的技術(shù)細(xì)節(jié)，請(qǐng)聯(lián)系：028-85291366－805 ?？乒炯夹g(shù)部
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