基于機(jī)器視覺(jué)的地表水檢定一體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于機(jī)器視覺(jué)的地表水檢定一體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0全自動(dòng)檢定裝置的應(yīng)用將成為一種趨勢(shì)隨著城市化改革的推進(jìn)，新水的需求非常高，相應(yīng)的高流量測(cè)試工作量也非常大。為了滿足日益增長(zhǎng)的水表出貨量以及國(guó)家對(duì)水表強(qiáng)制檢定的要求,采用全自動(dòng)檢定裝置成為一種必然的趨勢(shì)?，F(xiàn)有的水表檢定裝置多數(shù)以人工操作、人工讀數(shù)的檢測(cè)方式,效率低下,勞動(dòng)強(qiáng)度大目前國(guó)內(nèi)主要采用光電脈沖法1表面測(cè)試機(jī)的結(jié)構(gòu)1.1盤盤器整體使用水表檢定一體機(jī)主要由視覺(jué)在線檢定系統(tǒng),PLC控制系統(tǒng)、鎖緊裝置、掃碼器、抽真空注水裝置、通水裝置、托盤、流水線、兩軸機(jī)械手等部分組成。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。為節(jié)約空間,流水線采用上下立體循環(huán)結(jié)構(gòu),流水線上放置6個(gè)托盤。托盤負(fù)責(zé)輸送水表,使用光電傳感器檢測(cè)托盤,控制阻擋氣缸動(dòng)作,讓托盤在指定位置停止,設(shè)置掃碼器讀取水表一維碼,鎖緊工位的頂升氣缸將托盤頂起,鎖緊裝置鎖緊水表表罩,升降臺(tái)1將托盤輸送至下層流水線,水表輸送至抽真空注水工位,托盤被頂起,卡緊,旋轉(zhuǎn)180°開(kāi)始抽真空注水。注水完成后,水表送至檢定工位;同樣托盤被頂起,水表卡緊,開(kāi)始檢定,流量計(jì)計(jì)算通過(guò)水表水流的標(biāo)準(zhǔn)體積,視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)水表示值,采用“比對(duì)法”計(jì)算水表誤差,判斷水表是否合格。升降臺(tái)2將檢定后的水表輸送至上層流水線,兩軸機(jī)械手通過(guò)吸盤將合格的水表分揀到合格區(qū),將不合格的水表分揀至不合格區(qū),工作流程如圖2所示。1.2采集圖像和表達(dá)以流水線的方式送檢水表,需要保證水表方向的一致性。在相機(jī)采集圖像時(shí),要盡可能保證水表表盤垂直于相機(jī)光軸,同時(shí),在到達(dá)每個(gè)工位時(shí),水表還要完成自動(dòng)裝配。為了解決上述問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了水表專用托盤,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。2主儲(chǔ)水裝置的管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1和整體控制板本機(jī)共有5個(gè)工位,分別是掃碼工位、鎖緊工位、抽真空注水工位、檢定工位、分揀工位,并在各工位中設(shè)置光電傳感器和阻擋器。工作過(guò)程中要求控制系統(tǒng)使托盤上的水表按順序在不同工位自動(dòng)完成指定動(dòng)作,即實(shí)現(xiàn)水表輸送時(shí)在相應(yīng)的工位自動(dòng)停止或裝配,完成掃碼、鎖緊表罩、抽真空注水、注水、誤差檢定、分揀等一系列動(dòng)作。臺(tái)達(dá)PLC以高速、穩(wěn)健、高可靠度而著稱,廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化機(jī)械2.2工作原理及設(shè)計(jì)PLC通過(guò)輸入/輸出接口與外部設(shè)備連接,實(shí)現(xiàn)信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換,從而控制設(shè)備。在設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線的5個(gè)工位中,輸入輸出設(shè)備包含光電傳感器、阻擋器、伺服電機(jī)、夾表器、移裁機(jī)、電磁閥、繼電器、球閥。選用DVP80EHOOT3型號(hào)PLC作為主機(jī),DVP32EHOOT作為拓展,共有56個(gè)輸入接口,56個(gè)輸出接口,可滿足生產(chǎn)需求。系統(tǒng)具體接線如圖5所示。a)掃碼工位原始檢定臺(tái)使用掃碼槍掃碼,需要人工操作。本文在流水線上加裝掃碼器,并設(shè)有阻擋器,使水表停留在掃碼工位,掃碼器掃碼,視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)直接獲取水表編號(hào),接著發(fā)出信號(hào),隨后阻擋器關(guān)閉,水表進(jìn)入下個(gè)工位。b)鎖緊工位鎖緊裝置采用精密行星減速機(jī)驅(qū)動(dòng),相對(duì)其他減速機(jī),精密行星減速機(jī)具有體積小、高精度、高傳動(dòng)效率、高的轉(zhuǎn)矩/體積比等特點(diǎn),可以有較高的轉(zhuǎn)矩輸出。氣閥控制阻擋器的開(kāi)關(guān),使水表停留在鎖緊工位,利用頂升氣缸將水表抬起與鎖緊裝置配合,當(dāng)減速機(jī)達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)矩,變頻器輸出信號(hào)給PLC,頂升氣缸下降,水表回到流水線上。c)抽真空注水工位傳統(tǒng)濕式水表在鎖緊表罩前,需要先向水表注水,將表盤灌滿水,排除表盤空氣,再把水表鎖緊,無(wú)法在流水線上運(yùn)用。本文提出先將鎖緊后的水表抽真空,使表內(nèi)產(chǎn)生壓差,再將表盤旋轉(zhuǎn)180°向下,即可實(shí)現(xiàn)水表表盤灌滿水。電磁閥控制夾緊氣缸夾緊和松開(kāi)水表,采用輕型臥式多級(jí)離心泵供水,進(jìn)氣球閥控制水流的通斷,水表表腔內(nèi)體積小,需要抽放的空氣量不大,選用水環(huán)式真空泵抽放水表空氣,具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。d)檢定工位1)水表檢定環(huán)境條件比較復(fù)雜,潮濕、光照、人影等因素都可能影響圖像獲取的準(zhǔn)確性,光照、人影的變化會(huì)造成圖像RGB值的劇烈變化2)采用“比對(duì)法”檢定水表誤差,通過(guò)電磁流量計(jì)獲取通過(guò)水流的標(biāo)準(zhǔn)體積。為了保證流量計(jì)準(zhǔn)確度,減小檢定原始誤差,采用進(jìn)口科隆電磁流量計(jì)。電磁流量計(jì)輸出選擇脈沖,設(shè)定脈沖當(dāng)量為0.0005L/P,設(shè)為X,通過(guò)計(jì)數(shù)器接收到的脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算流量,標(biāo)準(zhǔn)水量V計(jì)算公式如下:式中:V為標(biāo)準(zhǔn)水量體積,P為電磁流量計(jì)輸出的脈沖數(shù)。e)分揀工位檢定后的水表存在合格表與不合格表,人工分揀工作強(qiáng)度大,長(zhǎng)時(shí)間工作,容易出現(xiàn)錯(cuò)揀的情況。本文設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易的兩軸機(jī)械手分揀系統(tǒng),結(jié)構(gòu)如圖7。根據(jù)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào),實(shí)現(xiàn)水表自動(dòng)分揀。該機(jī)械手由2個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),PLC發(fā)送脈沖控制伺服電機(jī),實(shí)現(xiàn)機(jī)械手兩個(gè)方向的位置控制。利用水表表盤是玻璃材質(zhì)的特性,機(jī)械手末端采用真空吸盤,并對(duì)水表做了1000次的抓取實(shí)驗(yàn),成功抓取1000次,抓取成功率100%,證明吸盤的抓取結(jié)構(gòu)具有足夠的穩(wěn)定性。3視覺(jué)在線檢測(cè)系統(tǒng)3.1梅花針一般算法梅花齒輪是水表的始動(dòng)元件,檢測(cè)梅花針的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)獲取水表的讀數(shù)可以達(dá)到比較高的檢測(cè)精度和效率。傳統(tǒng)采用光電脈沖法對(duì)水表的梅花齒輪進(jìn)行檢測(cè),但是該檢測(cè)方式存在對(duì)焦不方便,工作過(guò)程中容易受氣泡水霧等的影響產(chǎn)生誤差,造成可靠性和穩(wěn)定性不高1)創(chuàng)建模板和尋找模板使用CAD軟件繪制梅花針的輪廓作為模板輸入,在HALCON中實(shí)現(xiàn)模板匹配的算子是find＿shape＿model(Image::ModelID,AngleStart,AngleExtent,MinScore,NumMatches,MaxOverlap,SubPixel,NumLevels,Greediness:Row,Column,Angle,Score)。該算子包含輸入和輸出參數(shù),各參數(shù)代表的含義如下所示:ModelID:模板句柄。AngleStart:搜索時(shí)的起始角度。AngleExtent:搜索時(shí)的角度范圍,必須與創(chuàng)建模板時(shí)的有交集。MinScore:最小匹配值,輸出的匹配的得分Score大于該值。NumMatches:定義要輸出的匹配的最大個(gè)數(shù)。MaxOverlap:當(dāng)找到的目標(biāo)存在重疊時(shí),且重疊大于該值時(shí)選擇一個(gè)好的輸出。SubPixel:計(jì)算精度的設(shè)置,5種模式。NumLevels:搜索時(shí)金字塔的層數(shù)。Greediness:貪婪度,搜索啟發(fā)式,一般都設(shè)為0.9,越高速度越快,容易出現(xiàn)找不到的情況。Row,Column,Angle,Score:輸出匹配位置的行和列坐標(biāo)、角度、得分。2)梅花針計(jì)數(shù)原理在梅花針左右區(qū)域設(shè)置2個(gè)采樣點(diǎn),如圖8所示,計(jì)算梅花針的轉(zhuǎn)數(shù)。當(dāng)梅花針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),采樣點(diǎn)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生黑白交替。采樣點(diǎn)黑白交替一次,相應(yīng)計(jì)數(shù)加1。選取數(shù)值最大的采樣點(diǎn)作為最終讀數(shù)。3.2編輯、生成報(bào)表在vs2010平臺(tái)上,利用MFC開(kāi)發(fā)軟件界面,如圖9,主要由參數(shù)設(shè)置、復(fù)位、編輯條碼、生成報(bào)表,自動(dòng)運(yùn)行等部分組成。該界面簡(jiǎn)潔直觀,在檢測(cè)過(guò)程中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示,包括梅花針轉(zhuǎn)數(shù)、水表編號(hào)、誤差值、標(biāo)準(zhǔn)水量、檢測(cè)結(jié)果、檢測(cè)數(shù)、合格率等數(shù)據(jù),在檢定完成后,還具有一鍵生成報(bào)表的功能,可以滿足水表檢定的工作需要。4比對(duì)法的應(yīng)用使用流水線的方式將水表檢定的幾個(gè)步驟連接起來(lái),改變了傳統(tǒng)人工裝表和卸表的方式。檢定時(shí)只需將水表放置在托盤中,并率先將抽真空注水的方式應(yīng)用在濕式水表上,使用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)檢測(cè)梅花針轉(zhuǎn)數(shù)代替人工讀數(shù)。利用“比對(duì)法”進(jìn)行誤差檢定,檢測(cè)時(shí)間和用水量對(duì)比人工檢測(cè)方式有了大幅的提高,在效率和節(jié)約用水量方面具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)測(cè)算,若考慮水表的安裝、