Программно-аппаратный комплекс машинного зрения для определения и контроля ширины межвиткового зазора
Полезная модель относится к области неразрушающего бесконтактного контроля на основе машинного зрения и может быть применена в машиностроительном производстве для автоматического контроля ширины зазора между витками при изготовлении витых изделий. Технической задачей заявляемой полезной модели является вычисление и контроль ширины межвиткового зазора между витками при изготовлении витых изделий. Решение технической задачи и технический результат заявляемой полезной модели достигается в программно-аппаратном комплексе машинного зрения для определения и контроля ширины межвиткового зазора, содержащем датчик контроля ширины навивочного материала с аналоговым выходом, контроллер, источник оптического излучения, приемник отраженного оптического излучения с фокусирующей оптической системой, устройство ввода, ПЭВМ и светозвуковое сигнальное устройство. Сущность полезной модели поясняется блок-схемой (фиг.1), на котором приведена структурная схема программно-аппаратного комплекса машинного зрения для определения и контроля ширины межвиткового зазора.
Полезная модель относится к области неразрушающего бесконтактного контроля на основе машинного зрения и может быть применена в машиностроительном производстве для автоматического контроля ширины зазора между витками при изготовлении витых изделий.
Известно устройство для измерения малых зазоров (патент Российской Федерации 
2310161, кл. G01B 21/16, 2006 г., дата публикации - 10.11.2007), содержит оптически связанные двухчастотный источник света, первый и второй светоделители, первый и второй светофильтры, первый и второй фотодетекторы, оптически связанные со светофильтрами, первую и вторую группы компараторов, дешифратор, логическую схему, первый и второй аналоговые ключи, цифроаналоговый преобразователь, инвертирующий усилитель, аналоговый сумматор, индикатор, блок обработки информации и световой сигнализатор заданных значений зазоров соответствующим образом соединенные между собой.
Недостатками данного устройства применительно к измерению зазоров между витками при изготовлении витых изделий, являются: сложная структура, необходимость использования двухчастотного источника света, сложность включения в технологический процесс изготовления витых изделий, недостоверность измерения в случае обнаружения в освещенной области нескольких объектов измерения (зазоров), отсутствие возможности управления исполнительными устройствами, влияющими на изменение ширины зазора в рамках технологического процесса, отсутствие возможности настройки процесса измерения, записи результатов измерения в персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ).
Известно устройство для измерения малых зазоров (заявка на изобретение Российской Федерации 96121848, кл. G01B 21/16, дата публикации - 20.01.1999). Работа данного устройства основана на излучении и приеме отраженного от зазора, образованного поверхностями объекта, луча света оптической системой устройства, разделение светового потока на опорный и рабочий, выделение составляющих различных длин волн, определение момента появления интерференционной картины, измерение величины зазора по соотношениям составляющих различных длин волн и полупериодам интерференционной картины, отличающийся тем, что излучение и прием отраженного луча света производят путем сканирования луча в заданном секторе, фиксируют моменты времени между первым и вторым появлением интерференционной картины, измеряют по времени между моментами появления интерференционной картины геометрический размер зазора.
Недостатками данного устройства применительно к измерению зазоров между витками при изготовлении витых изделий, являются: сложная структура, сложность включения в технологический процесс изготовления витых изделий, сложность синхронизации измерения с движением навиваемого изделия, отсутствие возможности управления исполнительными устройствами, влияющими на изменение ширины зазора в рамках технологического процесса, отсутствие возможности настройки процесса измерения, записи результатов измерения в ПЭВМ.
Наиболее близким является устройство определения длины и ширины объекта (заявка на изобретение Российской Федерации 65268 U1, кл. G06K 9/46, дата публикации - 27.07.2007). Устройство содержит видеодатчик, получающий изображение рабочего поля и передающий его на вход блока предварительной обработки; блок предварительной обработки изображения, реализующий операции фильтрации, контрастирования, бинаризации изображения, маркировки объектов и выделения координат их точек; буфер типа LIFO, хранящий координаты точек объекта, полученные из блока предварительной обработки, и передающий их на вход блока поворота точек, осуществляющего поворот точек на заданный угол; блок вычисления длин проекций повернутых точек на оси X и Y как разностей максимальных и минимальных координат по соответствующим осям; буфер типа FIFO, получающий длины проекций на оси X и Y из выхода блока вычисления длин проекций и передающий их на вход блока определения минимальной проекции, который находит минимальную проекцию повернутых точек на ось X (ширина объекта), соответствующую ей проекцию на ось Y (длина объекта).
Недостатки данного устройства применительно к измерению зазоров между витками при изготовлении витых изделий: невозможность измерения в случае обнаружения в рабочем поле нескольких объектов измерения (зазоров) - данное устройство не способно определить какой участок полученного изображения объекта в рабочем поле подлежит измерению, отсутствие возможности перевода полученных значений измерения (количество точек) в величины, требуемые для контроля технологического процесса (миллиметры, микрометры и т.п.), отсутствие возможности сравнения измеренной величины с заданным значением, отсутствие возможности управления исполнительными устройствами, влияющими на изменение ширины зазора в рамках технологического процесса, отсутствие возможности настройки процесса измерения, записи результатов измерения в ПЭВМ.
Технической задачей заявляемой полезной модели является вычисление и контроль ширины межвиткового зазора между витками при изготовлении витых изделий.
Решение технической задачи и технический результат заявляемой полезной модели достигается в программно-аппаратном комплексе машинного зрения для определения и контроля ширины межвиткового зазора, содержащем датчик контроля ширины навивочного материала с аналоговым выходом (ток или напряжение), измеряющий ширину навивочного материала и передающий измеренное значение в виде аналогового сигнала (ток или напряжение) на аналоговый вход контроллера; контроллер, преобразующий аналоговый сигнал, соответствующий измеренному значению ширины навивочного материала, в цифровой сигнал и передающего по шине на основе Ethernet или RS-485 в ПЭВМ и формирующий корректирующее значение, которое может быть использовано для контроля работы исполнительных устройств, влияющих на изменение ширины зазора в рамках технологического процесса; источник оптического излучения, обеспечивающий равномерное освещение рабочего поля, в котором находятся витки изделия; приемник отраженного оптического излучения с фокусирующей оптической системой, фиксирующий изображение освещенного рабочего поля; устройство ввода, обеспечивающее оцифровку изображения рабочего поля и передачу оцифрованного изображения в память ПЭВМ; ПЭВМ, обеспечивающей захват изображения, регулировку его параметров, фильтрацию, выделение области на изображении, бинаризацию области, детектирование контуров и площадей, вычисление ширины межвиткового зазора на основе полученной ширины навивочного материала с контроллера сравнение с заданной величиной и сохранение измеренных значений межвиткового зазора для каждого витого изделия; светозвуковое сигнальное устройство, срабатывающее по сигналу контроллера, при отклонении ширины межвиткового зазора от заданной величины.
Сущность полезной модели поясняется блок-схемой (фиг.1), на котором приведена структурная схема программно-аппаратного комплекса машинного зрения для определения и контроля ширины межвиткового зазора. Программно-аппаратный комплекс машинного зрения для определения и контроля ширины межвиткового зазора функционирует следующим образом.
Источник оптического излучения (1) обеспечивает равномерное освещение рабочего поля, в котором находятся витки изделия (2). Далее, приемник отраженного оптического излучения с фокусирующей оптической системой (3) фиксирует изображение освещенного рабочего поля и передает данное изображение на устройство ввода (4). Устройство ввода обеспечивает оцифровку изображения рабочего поля и передачу оцифрованного изображения в память ПЭВМ (5), которая обеспечивает захват изображения, регулировку его параметров, фильтрацию, выделение прямоугольной области измерения на изображении рабочего поля фиксированной высоты и ширины, бинаризацию области измерения, детектирование контуров всех участков навивочного материала, попавших в область измерения и определение контура максимального по площади.
Следующим этапом является измерение ширины навивочного материала, необходимое для вычислений в ПЭВМ (5), которое осуществляется датчиком контроля ширины навивочного материала (6) с аналоговым выходом (ток или напряжение). Данный датчик передает измеренное значение в виде аналогового сигнала (ток или напряжение) на аналоговый вход контроллера (7), который преобразует данное значение в цифровое и передает по шине на основе Ethernet или RS-485 в ПЭВМ (5).
Далее ПЭВМ (5) вычисляет ширину, соответствующую одной точке изображения области измерения как отношения значения ширины навивочного материала, полученного по шине с контроллера (7) к количеству точек, составляющих ширину найденного максимального по площади контура участка навивочного материала
На следующем этапе, ПЭВМ (5) детектирует контуры всех межвитковых зазоров, попавших в область измерения, определяет максимальный по площади контур и количество точек, составляющих ширину данного контура, вычисляет произведение найденной ранее ширины, соответствующей одной точке изображения области измерения на количество точек, составляющих ширину максимального по площади контура межвиткового зазора. Результат данного вычисления - искомая ширина межвиткового зазора.
Вычисленная величина ширины межвиткового зазора сравнивается с величиной, задаваемой в ПЭВМ (5) и передаваемой по шине в контроллер (7). Если результат сравнения выходит из диапазона допустимой погрешности, также задаваемой в ПЭВМ (5) и передаваемой по шине в контроллер (7), то контроллер (7) активирует светозвуковое сигнальное устройство (8) и формирует корректирующее значение, которое может быть использовано для контроля работы исполнительных устройств, влияющих на изменение ширины зазора в рамках технологического процесса. Измеренные значения межвиткового зазора для каждого витого изделия сохраняются в ПЭВМ (5).
Программно-аппаратный комплекс машинного зрения для определения и контроля ширины межвиткового зазора, содержащий приемник отраженного оптического излучения, отличающийся тем, что он снабжен источником оптического излучения, установленным на приемнике отраженного оптического излучения; устройством ввода и оцифровки изображения рабочего поля, связанным с приемником отраженного оптического излучения и связанным с ПЭВМ; датчиком контроля ширины навивочного материала с аналоговым выходом, связанным с контроллером, взаимодействующим с ПЭВМ; светозвуковым сигнальным устройством, связанным с контроллером.
