視覺傳感器在榴彈彈體圖形識別檢測系統上的應用

　　一：概述

1. 榴彈彈體直徑做為其很重要的技術指標，早期檢測依賴人工或者機械檢測，效率低，并且容易出錯，不利于大批量、高速度、高可靠性的現代化生產；

2. 隨著圖像識別的理論技術和應用可靠性以及檢測精度的大幅提高，此一現代化的圖像檢測和識別技術大量應用到軍工和民用產品的生產領域，以嶄新的檢測方法實現以前無法達到的復雜的檢測目的；

3. 美國邦納工程國際有限公司（Banner Engineering）長期專業致力于高端光電檢測和視覺檢測技術研發和制造，是此行業的全球領跑者，此次應用邦納的130萬像素的視覺檢測系統用于檢測榴彈彈體直徑，是美國邦納的專業視覺系統工程師經過長期豐富的經驗積累和周密理論計算，并根據項目的具體特征而設計的解決方案，我們有充分的理論和大量的實際應用實踐數據依據來證明方案的可行性；

4. 邦納視覺系統內置多種檢測工具，以強大的軟件功能以簡單的打包組態的開發形式由專用開發軟件設置并經下載到視覺控制器，即可完成所有的預設檢測任務；和目前的一些視覺系統不一樣的是邦納視覺系統無須軟件底層復雜的二次開發工作，因此開發快速，軟件和硬件可靠性極高；

　　二：榴彈彈體檢測內容

1. 設定以下約束檢測條件：

l 檢測對象是榴彈外觀：

1，彈帶部直徑：合格品上下限：31mm-31.13mm。檢測精度：正負0.015mm

2，定心部直徑：合格品上下限：29.8mm-29.9 mm。檢測精度：正負0.015mm

l 檢測條件：

對象物狀態：靜止 或 運動

檢測背景： 背光源

系統檢測現場有防爆要求

2. 檢測結果：

當檢測系統得到的檢測數據，未達到給定合格品上下限或者精度要求，系統將由程序開發者定義一個顯式的輸出狀態（比如輸出繼電器吸合）供其它系統或執行機構調用；

系統的檢測條件和檢測過程可允許改變和實時監控。

1．根據對本次檢測約束條件的理解，為了取得良好的檢測效果，我們決定采用130萬像素的高精度視覺產品并配合高穩定度平行背光源來完成檢測任務。

2．將相機垂直安裝在檢測面的上方，背光源垂直于檢測面下方，并使相機、被測物的檢測面、光源保持在同一軸面，這樣就可以利用直徑檢測工具精確的測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到防暴的環境要求

3．實現防爆環境說明：

現場檢測環境要求視覺系統必須具有防爆功能，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，這樣既可以保證現場環境的防爆要求有可以確保視覺系統的拍照精度。

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，故要用專用的具有防爆等級的電纜代替，我們可以將原有的電纜放在視覺傳感器防爆盒內，然后用等芯的防爆電纜作轉接處理，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光一面緊貼，這樣既可以保證現場環境的防爆要求有可以確保光源光線的強度。

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，然后用等芯的防爆電纜作轉接處理，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，構成面發光元件，LED上有半透明材料，形成穩定的平行光源供視覺系統采用；

4.3 調整發光面，使得被測面出現清晰可見的邊沿，以得到高精度的檢測結果；

4.4 調整鍍膜的高精度的光學變焦鏡頭來獲取最大視野，保證130萬像素的最大利用率；

選用背光源說明：

1、 背光源是由密排的高亮LED組成，模擬面發光的效果，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，形成穩定的光學環境。同時通過特制半透明的塑料片將多余的光線過濾發出類似平行光的光線。這種光學環境特別適合在物體的形狀和尺寸的檢測。

2、 在測量尺寸的時候，我們把發光面收窄，讓發光面稍大于被測物體，使得被測物體的側面（如果被測物體表面非常光亮）不反光。這樣，我們的被測物體的邊緣將呈現出黑白分明的圖像出來，達到精密測量的結果。

加裝玻璃對于檢測結果影響說明：

加裝玻璃后不會對于檢測的實際結果有什么影響。因為玻璃的通光率比較好，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. 傳感器結構特點：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），可以保證傳輸數據不 受到外接EMI干擾,具有良好的EMC特性；

結構尺寸（圖2）

5. 光源結構圖

1. 榴彈彈體檢測過程描述：

由于要對彈體的彈帶部和定心部兩個部分一周直徑進行檢測，并且彈體的定心部的尺寸比較長，所以要通過水平轉動和上下移動視覺傳感器來實現檢測過程。

a、在視覺傳感器和光源之間作聯動處理，來保證上下移位時視覺傳感器的拍照水準一致性；

b、當彈體到達檢測工位時，機械部分給傳感器一個觸發拍照信號，檢測彈帶部和定心部部分尺寸。然后水平轉動彈體檢測其他角度的直徑，在每一次轉動角度到位后，機械的轉動裝置發出一個觸發信號給視覺傳感器觸發拍照（具體彈體的轉動次數由客戶的檢測要求決定）。

C、上下移動彈體到余下的檢測部分，并在移動到位后機械部分給傳感器一個觸發拍照信號來檢測余下定心部尺寸的直徑。然后水平轉動彈體檢測其他角度的直徑，在每一次轉動角度到位后，機械的轉動裝置發出一個觸發信號給視覺傳感器觸發拍照（具體彈體的轉動次數由客戶的檢測要求決定）。

1.1單次視覺系統檢測過程描述：

1.1.1 由機械上安裝的一個檢測到位裝置，觸發視覺系統拍照；

1.1.2 視覺系統按照預先的設置，將標準圖形和此次拍照得到的圖形作對比，系統自動調整和平移坐標，調整到正確的檢測位置得到圖形檢測標準位置；

1.1.3 按照預先的設置計算需要檢測的目標數據；

1.1.4 將結果輸出：開關量或者RS232接口數據或者是TCP/IP接口數據；

1.1.5 下次檢測

整個檢測周期不超過200毫秒

2. 視覺系統軟件設置和調整過程

2.1 拍照后，調整曝光的參數，最終獲得對比度最佳的圖片

步驟1 拍照，得到高精度圖形

2.2 設置定位工具，以得到測試基準數據

步驟2:設置定位工具

2.3 選用邊沿工具，得到準確的榴彈檢測位置的坐標

步驟3:設置邊沿工具

2.4：選定測量工具：按照2.3設置的邊沿得到被測直徑

步驟4:設置測量工具

由于要測量兩段直徑所以選用2個測量工具

2.5 選定測試工具：根據測量工具的測試結果的數據，按照給定測量條件設定判斷條件，以輸出正確的測量結果到給定輸出接口；

步驟5:設定測試工具1 (位置1判定)

2.6 啟動視覺系統自動運行

步驟7:通過監視器觀測到的運行狀態；

步驟8:通過計算機專用軟件監測所有實時運行數據；

此時的實際運行結果為：定心部：1037.7像素 彈帶部：1082.3像素

步驟9:運行時間，得到準確的檢測時間周期，以滿足快速檢測的要求；

步驟10:調整旋轉偏移角度，以彌補機械定位引發的角度誤差，實現自動精確檢測

五：結論和檢測精度說明：

此次檢測采用130萬像素的視覺產品，其分辨率為1280X1024；

當橫向視野范圍為35mm時 其物力穩定的檢測精度：35mm/1280x1000=27.34375mm/像素，由于本視覺系統具有亞像素算法，最高4倍的采樣速率,可以將物理精度提高4倍，所以實際穩定檢測精度為：8微米/像素；

精度符合對方優于正負15微米檢測精度要求；

實際檢測周期最大200毫秒，符合優于10秒的檢測時間要求；

這個圖片是一張標準的黑白對比圖例，我們在兩種灰度的界面上，運用邊緣定位工具可以輕易的觀測由暗到亮的灰度變化。在這個檢測中邊緣變化點的坐標為（492，565），此時的采樣速率為1。

被放大的圖像，我們可以觀測到每一個像素點的灰度變化。

采用4倍采樣速率時，此檢測的邊緣定位坐標為（491.5，564）

通過選擇不同的采樣速率，可以提高檢測精度。我們產品最高可以分辨出1/4個像素的精度。