在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中 ,涉及到各種各樣的檢查、 測量和零件識別工作 ,其共同特點是連續(xù)大批量生產(chǎn)、 對外觀質(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來完成。生產(chǎn)線上的微小尺寸精確快速測量、 形狀匹配、 顏色辨識等 ,由于被觀測物體高速運動 ,人眼無法連續(xù)穩(wěn)定地進行觀察和檢驗 ,易出差錯。頻閃燈觀測技術(shù)能較好地解決此難題。

頻閃燈也叫頻閃靜像儀或轉(zhuǎn)速計 ,是能夠使作振動、 高速旋轉(zhuǎn)或周期運動構(gòu)件變成“ 靜止不動 ” 構(gòu)件的一種光學(xué)測量裝置。PS系列頻閃燈外觀如圖 1所示。

頻閃燈本身可以發(fā)出短暫又頻密的閃光,當調(diào)節(jié)頻閃燈的閃動頻率,使其與被測物的轉(zhuǎn)動或運動速度接近或同步時,被測物雖然高速運動著,但看上去卻是緩慢運動或相對靜止,這種視覺暫留現(xiàn)象使人目測就能輕易觀測到高速運動物體的表面質(zhì)量與運行狀況 ,而頻閃燈的閃光速度即為被檢測物體(例如:馬達 )轉(zhuǎn)速和運動頻率 (印刷袋 ) ,亦可以利用頻閃燈分析物體振動情況、 高速移動物體的動作以及高速攝影等。利用頻閃燈觀測檢驗技術(shù)在歐美已廣泛使用 ,隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展,越來越多的行業(yè)開始使用頻閃燈來幫助解決產(chǎn)品質(zhì)量檢驗問題。

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)頻率來控制閃光燈的閃爍頻率 ,作為一個完整的系統(tǒng)包括人機顯示界面、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)自動跟蹤模塊等。頻閃儀的工作原理框圖 ,如圖 2所示。

在系統(tǒng)設(shè)計中 ,采用 LED數(shù)碼管作為人機顯示界面。LED顯示具有高亮、長壽命、控制方便等特點 ,只要保證驅(qū)動電路的可靠性 ,就可以保證人機界面的長期工作的穩(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 ,配以合理的軟件來提高參數(shù)設(shè)定的速度和方便性。作為一個使用比較方便的產(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器 ,存放頻率、工作模式等參數(shù)。

為了達到使用方便、性能穩(wěn)定、控制精確等效果 ,整個軟件系統(tǒng)的設(shè)計就顯得很重要。另外 ,在頻閃燈控制系統(tǒng)中還存在一個核心和難點的技術(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出現(xiàn)漏閃現(xiàn)象。因為燈管在不同頻段閃爍的時候消耗的功率是不定的 ,所以難以控制。當頻閃燈作為光源用于印刷質(zhì)量檢驗時 ,對頻閃燈的性能又提出了一個更高的要求。頻閃燈在收到觸發(fā)信號后至燈管閃爍的時間必須一致 ,所以程序控制和電路設(shè)計就顯得更為重要。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個流程圖說明了整個軟件系統(tǒng)的工作模式 ,實現(xiàn)頻閃儀的頻閃及自動頻率跟蹤功能。

2 頻閃儀主要技術(shù)指標

經(jīng)過特別設(shè)計 ,系列化的頻閃儀外觀如圖 1所示 ,主要技術(shù)指標如下 :

(1)電 源 :交流 220 ±10%V, 2A, 50Hz。
(2)功 率 :最大功率低于 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)單次工作時間 :由功能鍵任意設(shè)定 (單位 :30s)。
(6)環(huán)境光照度 :低于 10 000lx。
(7)外部觸發(fā)信號范圍 : 5～12V脈沖信號。
(8)照射最大寬度 :視頻閃儀長度而定。
(9)尺寸 (長 ×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 ,印刷機器視覺系統(tǒng)主要包括 :頻閃照明光源、CCD照相機、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。首先采用攝像機獲得被測目標的圖像信號 ,而采集信號必須由頻閃儀按 CCD采樣頻率頻閃照明、采樣 (攝取高質(zhì)量圖像 ) ,然后通過 A / D 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號傳送給專用的圖像處理系統(tǒng) ,根據(jù)像素分布、亮度和顏色等信息 ,進行各種運算來抽取目標的特征 ,然后再根據(jù)預(yù)設(shè)的判別準則輸出判斷結(jié)果 ,去控制驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)進行相應(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系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵 ,起著非常重要的作用 ,它并不是簡單的照亮物體而已。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 ,增加對比度 ;同時還應(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。在機器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中 ,一般使用透射光和反射光。對于反射光情況應(yīng)充分考慮光源和光學(xué)鏡頭的相對位置、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 ;同時還要考慮光源的發(fā)光效率和使用壽命。

該系統(tǒng)通過攝像機在頻閃儀的配合使用下高品質(zhì)攝取生產(chǎn)線上印刷品的圖像 , 并把圖像顯示在顯示器上 , 圖像刷新速度可調(diào) , 以便于檢測人員對印刷產(chǎn)品進行抽檢 ,通過對攝取的圖像的處理和分析 ,可精確檢測縱向和橫向套色偏差并采用全數(shù)字化交變頻伺服驅(qū)動器進行位置校正 , 同時 , 通過定量分析圖像的相關(guān)參數(shù)來檢測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

該系統(tǒng)應(yīng)用機器視覺代替人的視覺 ,可對影響印刷質(zhì)量的各種因素包括橫向、縱向套色偏差定量分析和自動控制 , 系統(tǒng)還具有現(xiàn)場圖像監(jiān)測、自動顏色對比監(jiān)測等功能。

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