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頻閃儀及其在印刷檢驗系統中的應用
閱讀：3492 發布時間：2008-11-24
0 前 言
在現代工業自動化生產中,涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識別工作,其共同特點是連續大批量生產、對外觀質量的要求非常高,通常這種高度重復性的工作只能靠人工檢測來完成。生產線上的微小尺寸快速測量、形狀匹配、顏色辨識等,由于被觀測物體高速運動,人眼無法連續穩定地進行觀察和檢驗,易出差錯。頻閃儀觀測技術能較好地解決此難題。
頻閃儀也叫頻閃靜像儀或轉速計,是能夠使作振動、高速旋轉或周期運動構件變成“靜止不動”構件的一種光學測量裝置。PS 系列頻閃儀外觀如圖1 所示。頻閃儀本身可以發短暫又頻密的閃光,當調節頻閃燈的閃動頻率,使其與被測物的轉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,這種視覺暫留現象使人目測就能輕易觀測到高速運動物體的表面質量與運行狀況,而頻閃儀的閃光速度即為被檢測物體(例如:馬達)轉速和運動頻率(印刷袋),亦可以利用頻閃儀分析物體振動情況、高速移動物體的動作以及高速攝影等。利用頻閃儀觀測檢驗技術在歐美已廣泛使用,隨著我國經濟的高速發展,越來越多的行業開始使用頻閃儀來幫助解決產品質量檢驗問題。
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1 頻閃儀構成和工作原理
頻閃燈的工作原理是根據設定的頻率或根據外觸發頻率來控制閃光燈的閃爍頻率,作為一個完整的系統包括人機顯示界面、調節和功能選擇按鍵、閃光控制模塊、閃光燈供電模塊和外觸發自動跟蹤模塊等。頻閃儀的工作原理框圖,如圖2 所示。
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在系統設計中,采用LED 數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,只要保證驅動電路的可靠性,就可以保證人機界面的長期工作的穩定性。參數設定或功能選擇方面,采用高可靠性的歐姆龍輕觸按鍵和具有快速調節功能的旋轉編碼器作為數據輸入元件,配以合理的軟件來提高參數設定的速度和方便性。作為一個使用比較方便的產品,必須具有參數保存的功能,在這里采用了非易失性存儲器,存放頻率、工作模式等參數。
為了達到使用方便、性能穩定、控制等效果,整個軟件系統的設計就顯得很重要。另外,在頻閃燈控制系統中還存在一個核心和難點的技術,就是要保證閃光燈的供電電壓穩定。只有保證電壓的穩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漏閃現象。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計就顯得更為重要。圖3是軟件系統主程序流程圖,圖4是按鍵處理模塊流程圖, 圖5是外觸發處理模塊流程圖。3個流程圖說明了整個軟件系統的工作模式,實現頻閃儀的頻閃及自動頻率跟蹤功能。
2 頻閃儀主要技術指標
經過特別設計,系列化的頻閃儀外觀如圖1所
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示,主要技術指標如下:
(1)電源:交流220 ±10%V , 2A, 50Hz。
(2)功率:zui大功率低于200W 。
(3)內觸發頻率范圍:1～500Hz 。
(4)外觸發頻率范圍:1～500Hz 。
(5)單次工作時間:由功能鍵任意設定(單位:
30 s) 。
(6)環境光照度:低于10 000 lx 。
(7)外部觸發信號范圍:5～12V 脈沖信號。
(8)照射zui大寬度:視頻閃儀長度而定。
(9)尺寸(長×寬×高):
800mm ×115mm ×180mm (三聯),
1250mm ×115mm ×180mm (四聯) 。
3 頻閃儀典型應用
如圖6所示,印刷機器視覺系統主要包括: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(攝取高質量圖像),然后通過A/ D 轉換變成數字信號傳送給的圖像處理系統,根據像素分布、亮度和顏色等信息,進行各種運算來抽取目標的特征,然后再根據預設的判別準則輸出判斷結果,去控制驅動執行機構進行相應處理。
該系統中,高質量的光源與照明方案往往是整個系統成敗的關鍵,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盡可能地產生明顯的區別,
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增加對比度;同時還應保證足夠的整體亮度;物體位置的變化不應該影響成像的質量。在機器視覺應用系統中,一般使用透射光和反射光。對于反射光情況應充分考慮光源和光學鏡頭的相對位置、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、發光的光譜特性等;同時還要考慮光源的發光效率和使用壽命。
該系統通過攝像機在頻閃儀的配合使用下高品質攝取生產線上印刷品的圖像, 并把圖像顯示在顯示器上, 圖像刷新速度可調, 以便于檢測人員對印刷產品進行抽檢,通過對攝取的圖像的處理和分析, 可檢測縱向和橫向套色偏差并采用全數字化交變頻伺服驅動器進行位置校正, 同時, 通過定量分析圖像的相關參數來檢測其他一些重要因素如各色油墨的質量、墨屑等。
4 結束語
該系統應用機器視覺代替人的視覺,可對影響印刷質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, 系統還具有現場圖像監測、自動顏色對比監測等功能。