基于機器視覺的地表水檢定一體系統(tǒng)的設(shè)計

基于機器視覺的地表水檢定一體系統(tǒng)的設(shè)計

0全自動檢定裝置的應(yīng)用將成為一種趨勢隨著城市化改革的推進，新水的需求非常高，相應(yīng)的高流量測試工作量也非常大。為了滿足日益增長的水表出貨量以及國家對水表強制檢定的要求,采用全自動檢定裝置成為一種必然的趨勢?，F(xiàn)有的水表檢定裝置多數(shù)以人工操作、人工讀數(shù)的檢測方式,效率低下,勞動強度大目前國內(nèi)主要采用光電脈沖法1表面測試機的結(jié)構(gòu)1.1盤盤器整體使用水表檢定一體機主要由視覺在線檢定系統(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、兩軸機械手等部分組成。具體結(jié)構(gòu)見圖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個托盤。托盤負責輸送水表,使用光電傳感器檢測托盤,控制阻擋氣缸動作,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,開始檢定,流量計計算通過水表水流的標準體積,視覺系統(tǒng)檢測水表示值,采用“比對法”計算水表誤差,判斷水表是否合格。升降臺2將檢定后的水表輸送至上層流水線,兩軸機械手通過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。在相機采集圖像時,要盡可能保證水表表盤垂直于相機光軸,同時,在到達每個工位時,水表還要完成自動裝配。為了解決上述問題,本文設(shè)計了水表專用托盤,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。2主儲水裝置的管理系統(tǒng)設(shè)計2.1和整體控制板本機共有5個工位,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完成指定動作,即實現(xiàn)水表輸送時在相應(yīng)的工位自動停止或裝配,完成掃碼、鎖緊表罩、抽真空注水、注水、誤差檢定、分揀等一系列動作。臺達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)自動化機械2.2工作原理及設(shè)計PLC通過輸入/輸出接口與外部設(shè)備連接,實現(xiàn)信號電平的轉(zhuǎn)換,從而控制設(shè)備。在設(shè)計的生產(chǎn)線的5個工位中,輸入輸出設(shè)備包含光電傳感器、阻擋器、伺服電機、夾表器、移裁機、電磁閥、繼電器、球閥。選用DVP80EHOOT3型號PLC作為主機,DVP32EHOOT作為拓展,共有56個輸入接口,56個輸出接口,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,視覺檢測系統(tǒng)直接獲取水表編號,接著發(fā)出信號,隨后阻擋器關(guān)閉,水表進入下個工位。b)鎖緊工位鎖緊裝置采用精密行星減速機驅(qū)動,相對其他減速機,精密行星減速機具有體積小、高精度、高傳動效率、高的轉(zhuǎn)矩/體積比等特點,可以有較高的轉(zhuǎn)矩輸出。氣閥控制阻擋器的開關(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,當減速機達到設(shè)定的轉(zhuǎn)矩,變頻器輸出信號給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,無法在流水線上運用。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,即可實現(xiàn)水表表盤灌滿水。電磁閥控制夾緊氣缸夾緊和松開水表,采用輕型臥式多級離心泵供水,進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確性,光照、人影的變化會造成圖像RGB值的劇烈變化2)采用“比對法”檢定水表誤差,通過電磁流量計獲取通過水流的標準體積。為了保證流量計準確度,減小檢定原始誤差,采用進口科隆電磁流量計。電磁流量計輸出選擇脈沖,設(shè)定脈沖當量為0.0005L/P,設(shè)為X,通過計數(shù)器接收到的脈沖數(shù)來計算流量,標準水量V計算公式如下:式中:V為標準水量體積,P為電磁流量計輸出的脈沖數(shù)。e)分揀工位檢定后的水表存在合格表與不合格表,人工分揀工作強度大,長時間工作,容易出現(xiàn)錯揀的情況。本文設(shè)計了簡易的兩軸機械手分揀系統(tǒng),結(jié)構(gòu)如圖7。根據(jù)視覺檢測系統(tǒng)發(fā)送的信號,實現(xiàn)水表自動分揀。該機械手由2個伺服電機驅(qū)動,PLC發(fā)送脈沖控制伺服電機,實現(xiàn)機械手兩個方向的位置控制。利用水表表盤是玻璃材質(zhì)的特性,機械手末端采用真空吸盤,并對水表做了1000次的抓取實驗,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視覺在線檢測系統(tǒng)3.1梅花針一般算法梅花齒輪是水表的始動元件,檢測梅花針的轉(zhuǎn)數(shù)來獲取水表的讀數(shù)可以達到比較高的檢測精度和效率。傳統(tǒng)采用光電脈沖法對水表的梅花齒輪進行檢測,但是該檢測方式存在對焦不方便,工作過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:搜索時的起始角度。AngleExtent:搜索時的角度范圍,必須與創(chuàng)建模板時的有交集。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數(shù)。MaxOverlap:當找到的目標存在重疊時,且重疊大于該值時選擇一個好的輸出。SubPixel:計算精度的設(shè)置,5種模式。NumLevels:搜索時金字塔的層數(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、角度、得分。2)梅花針計數(shù)原理在梅花針左右區(qū)域設(shè)置2個采樣點,如圖8所示,計算梅花針的轉(zhuǎn)數(shù)。當梅花針轉(zhuǎn)動時,采樣點區(qū)域會產(chǎn)生黑白交替。采樣點黑白交替一次,相應(yīng)計數(shù)加1。選取數(shù)值最大的采樣點作為最終讀數(shù)。3.2編輯、生成報表在vs2010平臺上,利用MFC開發(fā)軟件界面,如圖9,主要由參數(shù)設(shè)置、復(fù)位、編輯條碼、生成報表,自動運行等部分組成。該界面簡潔直觀,在檢測過程中數(shù)據(jù)實時顯示,包括梅花針轉(zhuǎn)數(shù)、水表編號、誤差值、標準水量、檢測結(jié)果、檢測數(shù)、合格率等數(shù)據(jù),在檢定完成后,還具有一鍵生成報表的功能,可以滿足水表檢定的工作需要。4比對法的應(yīng)用使用流水線的方式將水表檢定的幾個步驟連接起來,改變了傳統(tǒng)人工裝表和卸表的方式。檢定時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,使用機器視覺技術(shù)檢測梅花針轉(zhuǎn)數(shù)代替人工讀數(shù)。利用“比對法”進行誤差檢定,檢測時間和用水量對比人工檢測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。經(jīng)測算,若考慮水表的安裝、