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頻閃儀及其在印刷檢驗(yàn)系統(tǒng)中的應(yīng)用
閱讀：3394 發(fā)布時(shí)間：2008-11-24
0 前 言
在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中,涉及到各種各樣的檢查、測(cè)量和零件識(shí)別工作,其共同特點(diǎn)是連續(xù)大批量生產(chǎn)、對(duì)外觀(guān)質(zhì)量的要求非常高,通常這種高度重復(fù)性的工作只能靠人工檢測(cè)來(lái)完成。生產(chǎn)線(xiàn)上的微小尺寸快速測(cè)量、形狀匹配、顏色辨識(shí)等,由于被觀(guān)測(cè)物體高速運(yùn)動(dòng),人眼無(wú)法連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行觀(guān)察和檢驗(yàn),易出差錯(cuò)。頻閃儀觀(guān)測(cè)技術(shù)能較好地解決此難題。
頻閃儀也叫頻閃靜像儀或轉(zhuǎn)速計(jì),是能夠使作振動(dòng)、高速旋轉(zhuǎn)或周期運(yùn)動(dòng)構(gòu)件變成“靜止不動(dòng)”構(gòu)件的一種光學(xué)測(cè)量裝置。PS 系列頻閃儀外觀(guān)如圖1 所示。頻閃儀本身可以發(fā)短暫又頻密的閃光,當(dāng)調(diào)節(jié)頻閃燈的閃動(dòng)頻率,使其與被測(cè)物的轉(zhuǎn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)速度接近或同步時(shí),被測(cè)物雖然高速運(yùn)動(dòng)著,但看上去卻是緩慢運(yùn)動(dòng)或相對(duì)靜止,這種視覺(jué)暫留現(xiàn)象使人目測(cè)就能輕易觀(guān)測(cè)到高速運(yùn)動(dòng)物體的表面質(zhì)量與運(yùn)行狀況,而頻閃儀的閃光速度即為被檢測(cè)物體(例如:馬達(dá))轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)頻率(印刷袋),亦可以利用頻閃儀分析物體振動(dòng)情況、高速移動(dòng)物體的動(dòng)作以及高速攝影等。利用頻閃儀觀(guān)測(cè)檢驗(yàn)技術(shù)在歐美已廣泛使用,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,越來(lái)越多的行業(yè)開(kāi)始使用頻閃儀來(lái)幫助解決產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)問(wèn)題。
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1 頻閃儀構(gòu)成和工作原理
頻閃燈的工作原理是根據(jù)設(shè)定的頻率或根據(jù)外觸發(fā)頻率來(lái)控制閃光燈的閃爍頻率,作為一個(gè)完整的系統(tǒng)包括人機(jī)顯示界面、調(diào)節(jié)和功能選擇按鍵、閃光控制模塊、閃光燈供電模塊和外觸發(fā)自動(dòng)跟蹤模塊等。頻閃儀的工作原理框圖,如圖2 所示。
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在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,采用LED 數(shù)碼管作為人機(jī)顯示界面。LED 顯示具有高亮、長(zhǎng)壽命、控制方便等特點(diǎn),只要保證驅(qū)動(dòng)電路的可靠性,就可以保證人機(jī)界面的長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性。參數(shù)設(shè)定或功能選擇方面,采用高可靠性的歐姆龍輕觸按鍵和具有快速調(diào)節(jié)功能的旋轉(zhuǎn)編碼器作為數(shù)據(jù)輸入元件,配以合理的軟件來(lái)提高參數(shù)設(shè)定的速度和方便性。作為一個(gè)使用比較方便的產(chǎn)品,必須具有參數(shù)保存的功能,在這里采用了非易失性存儲(chǔ)器,存放頻率、工作模式等參數(shù)。
為了達(dá)到使用方便、性能穩(wěn)定、控制等效果,整個(gè)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得很重要。另外,在頻閃燈控制系統(tǒng)中還存在一個(gè)核心和難點(diǎn)的技術(shù),就是要保證閃光燈的供電電壓穩(wěn)定。只有保證電壓的穩(wěn)定性才能保證燈管閃爍的亮度一致,才能使閃光燈在高頻的情況下不會(huì)出現(xiàn)漏閃現(xiàn)象。因?yàn)闊艄茉诓煌l段閃爍的時(shí)候消耗的功率是不定的,所以難以控制。當(dāng)頻閃燈作為光源用于印刷質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí), 對(duì)頻閃燈的性能又提出了一個(gè)更高的要求。頻閃燈
在收到觸發(fā)信號(hào)后至燈管閃爍的時(shí)間必須一致,所以程序控制和電路設(shè)計(jì)就顯得更為重要。圖3是軟件系統(tǒng)主程序流程圖,圖4是按鍵處理模塊流程圖, 圖5是外觸發(fā)處理模塊流程圖。3個(gè)流程圖說(shuō)明了整個(gè)軟件系統(tǒng)的工作模式,實(shí)現(xiàn)頻閃儀的頻閃及自動(dòng)頻率跟蹤功能。
2 頻閃儀主要技術(shù)指標(biāo)
經(jīng)過(guò)特別設(shè)計(jì),系列化的頻閃儀外觀(guān)如圖1所
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示,主要技術(shù)指標(biāo)如下:
(1)電源:交流220 ±10%V , 2A, 50Hz。
(2)功率:zui大功率低于200W 。
(3)內(nèi)觸發(fā)頻率范圍:1～500Hz 。
(4)外觸發(fā)頻率范圍:1～500Hz 。
(5)單次工作時(shí)間:由功能鍵任意設(shè)定(單位:
30 s) 。
(6)環(huán)境光照度:低于10 000 lx 。
(7)外部觸發(fā)信號(hào)范圍:5～12V 脈沖信號(hào)。
(8)照射zui大寬度:視頻閃儀長(zhǎng)度而定。
(9)尺寸(長(zhǎng)×寬×高):
800mm ×115mm ×180mm (三聯(lián)),
1250mm ×115mm ×180mm (四聯(lián)) 。
3 頻閃儀典型應(yīng)用
如圖6所示,印刷機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要包括:頻閃照明光源、CCD 照相機(jī)、圖像處理單元(或圖像捕獲卡) 、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通信/輸入輸出單元等。首先采用攝像機(jī)獲得被測(cè)目標(biāo)的圖像信號(hào),而采集信號(hào)必須由頻閃儀按CCD 采樣頻率頻閃照明、采樣(攝取高質(zhì)量圖像),然后通過(guò)A/ D 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)傳送給的圖像處理系統(tǒng),根據(jù)像素分布、亮度和顏色等信息,進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征,然后再根據(jù)預(yù)設(shè)的判別準(zhǔn)則輸出判斷結(jié)果,去控制驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)處理。
該系統(tǒng)中,高質(zhì)量的光源與照明方案往往是整個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵,起著非常重要的作用,它并不是簡(jiǎn)單的照亮物體而已。光源與照明方案的配合應(yīng)盡可能地突出物體特征量;在物體需要檢測(cè)的部分與那些不重要部份之間應(yīng)盡可能地產(chǎn)生明顯的區(qū)別,
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增加對(duì)比度;同時(shí)還應(yīng)保證足夠的整體亮度;物體位置的變化不應(yīng)該影響成像的質(zhì)量。在機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用系統(tǒng)中,一般使用透射光和反射光。對(duì)于反射光情況應(yīng)充分考慮光源和光學(xué)鏡頭的相對(duì)位置、物體表面的紋理;物體的幾何形狀、背景等要素。光源的選擇必須符合所需的幾何形狀、照明亮度、均勻度、發(fā)光的光譜特性等;同時(shí)還要考慮光源的發(fā)光效率和使用壽命。
該系統(tǒng)通過(guò)攝像機(jī)在頻閃儀的配合使用下高品質(zhì)攝取生產(chǎn)線(xiàn)上印刷品的圖像, 并把圖像顯示在顯示器上, 圖像刷新速度可調(diào), 以便于檢測(cè)人員對(duì)印刷產(chǎn)品進(jìn)行抽檢,通過(guò)對(duì)攝取的圖像的處理和分析, 可檢測(cè)縱向和橫向套色偏差并采用全數(shù)字化交變頻伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行位置校正, 同時(shí), 通過(guò)定量分析圖像的相關(guān)參數(shù)來(lái)檢測(cè)其他一些重要因素如各色油墨的質(zhì)量、墨屑等。
4 結(jié)束語(yǔ)
該系統(tǒng)應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)代替人的視覺(jué),可對(duì)影響印刷質(zhì)量的各種因素包括橫向、縱向套色偏差定量分析和自動(dòng)控制, 系統(tǒng)還具有現(xiàn)場(chǎng)圖像監(jiān)測(cè)、自動(dòng)顏色對(duì)比監(jiān)測(cè)等功能。