光纖線纜邏輯通路檢測儀器的軟件系統(tǒng)設(shè)計

石錦成 孫 波 唐 動 劉林琳 金先倫

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光纖線纜邏輯通路檢測儀器的軟件系統(tǒng)設(shè)計

石錦成 孫 波 唐 動 劉林琳 金先倫

（貴州航天電器股份有限公司，貴陽 550009）

設(shè)計了一種可快速檢測光纖類線纜邏輯導(dǎo)通順序的檢測儀器，首先進(jìn)行了儀器電控系統(tǒng)的整體設(shè)計，并簡單介紹了儀器的硬件系統(tǒng)和主要電控器件選型。著重設(shè)計了軟件部分，自主設(shè)計的軟件可協(xié)調(diào)單軸機(jī)器人、工業(yè)相機(jī)、I/O板卡、環(huán)形光源等進(jìn)行手動或者自動運(yùn)行。目前應(yīng)用于生產(chǎn)線過程產(chǎn)品檢測，該儀器集成度高，功能齊全，有良好的人機(jī)交互功能以及數(shù)據(jù)保存功能，滿足了生產(chǎn)線快速檢測的需求。設(shè)計是基于視覺技術(shù)檢測光纖線纜光路的邏輯導(dǎo)通順序，儀器操作簡便、檢測快速穩(wěn)定。

軟件設(shè)計；圖像處理；運(yùn)動控制；I/O控制

1 引言

在航天和武器裝備相關(guān)配套企業(yè)，一個微小的質(zhì)量問題，可能會導(dǎo)致無法估計的后果，使用自動化設(shè)備來生產(chǎn)、檢測、檢驗航空、航天等高端線纜、連接器等電子產(chǎn)品時，需盡量避免人為失誤而造成的質(zhì)量問題。

光纖導(dǎo)通電纜使用方為各大軍工類、航空航天類或民用通信類研究院所、企業(yè)，客戶的需求并不是簡單的光纖線纜連接器輸入端和輸出端按照順序一一對應(yīng)，而是根據(jù)需求對光纖線纜的輸入端和輸出端進(jìn)行特殊的邏輯導(dǎo)通定義，所以如果采用人工檢驗、檢測，不僅浪費(fèi)大量的生產(chǎn)檢驗時間，而且容易導(dǎo)致導(dǎo)通邏輯順序問題。為提高生產(chǎn)檢驗效率，避免人為失誤造成的質(zhì)量問題，原有技術(shù)采用了功率檢測的方式或電子圖像放大的方式進(jìn)行相關(guān)工序的檢測工作，但是某些產(chǎn)品具備多個輸入和多個輸出連接器，人工參與工作較多，比如功率方式檢測，操作人員需要頻繁更換線纜的輸入輸出端，而電子放大方式檢測，主要通過人眼觀察圖像中的各連接器輸出端亮點方式進(jìn)行檢測，這兩種方式依然效率較低，而且人為參與的檢測工作較多。為此，本文設(shè)計了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)檢測光纖線纜邏輯通路的檢測儀器，該儀器通過激光發(fā)光，光纖線纜導(dǎo)通，工業(yè)相機(jī)接收的方式，為光纖線纜邏輯通路的檢測提供了一種新的穩(wěn)定快速可靠方式。

機(jī)器視覺技術(shù)硬件一般由工業(yè)相機(jī)、鏡頭、光源、計算機(jī)等組成，利用機(jī)器代替人眼做出各種測量和判斷。通過LabView軟件實現(xiàn)了集圖像采集、圖像處理、I/O板卡控制、單軸機(jī)器人控制等軟件系統(tǒng)的設(shè)計。本文所設(shè)計的具有快速準(zhǔn)確圖像處理、友好人機(jī)界面的軟件系統(tǒng)保證了光纖線纜邏輯通路檢測儀器的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，出廠產(chǎn)品得到了質(zhì)量保證。

2 電控系統(tǒng)整體設(shè)計

電控系統(tǒng)的整體設(shè)計，按照控制對象劃分，主要由三大部分組成，分別為：視覺部分、I/O板卡部分、單軸機(jī)器人部分。主控設(shè)備為工業(yè)計算機(jī)，通過工業(yè)級計算機(jī)的軟件控制，讓視覺、I/O、單軸機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，完成待檢測光纖線纜的邏輯通路順序檢測工作。

工業(yè)計算機(jī)選用了研華開發(fā)的工控機(jī)，性能穩(wěn)定，外設(shè)接口豐富，適用于多外圍多設(shè)備的控制與采集工作。

視覺部分硬件選用包括了德國basler工業(yè)相機(jī)、遠(yuǎn)心高分辨率鏡頭、環(huán)形白色90度光源主要部件以及光源驅(qū)動控制器、相機(jī)驅(qū)動器等輔助部件。

I/O板卡部分選用了64路I/O卡，可最多控制64路開關(guān)信號，該部分的控制對象為紅色激光發(fā)光管，根據(jù)項目需要，激光管被設(shè)計成48路陣列式結(jié)構(gòu)，由板卡中48路控制各路的亮滅，同時板卡也用1路控制環(huán)形光源的亮滅。

單軸機(jī)器人部分，單軸機(jī)器人選用了雅馬哈機(jī)器人，該機(jī)器人工作穩(wěn)定、速度快、定位精度高，而且可以由工業(yè)計算機(jī)通過串口通訊線纜直接發(fā)送控制命令至單軸機(jī)器人的控制器中，該種運(yùn)動控制簡單、穩(wěn)定，減少了計算機(jī)軟件程序編寫的復(fù)雜程度，開發(fā)周期快。

光纖線纜邏輯通路檢測儀器的檢測工作原理簡述為：通過計算機(jī)控制I/O板卡、單軸機(jī)器人、相機(jī)協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)待檢測光纖線纜的所有輸入端連接器的每個輸入點一次用激光管照射，并且在輸出端通過機(jī)器視覺技術(shù)和運(yùn)動控制技術(shù)接收和識別具體位置，通過此方式，即可完成儀器的各檢測功能。圖1為視覺系統(tǒng)整體設(shè)計框圖，圖2為待檢測某種產(chǎn)品示意圖。

圖1 電控系統(tǒng)整體設(shè)計框圖

圖2 待檢測某種產(chǎn)品示意圖

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

3.1 視覺軟件整體設(shè)計

軟件系統(tǒng)開發(fā)采用的是美國NI公司的虛擬儀器專用編程語言LabView，這是一款圖形化編程語言和開發(fā)環(huán)境。光纖線纜邏輯通路檢測儀器的軟件，根據(jù)用戶需要主要分為以下兩種主要工作模式，對每種工作模式分別進(jìn)行軟件設(shè)計。

自動生成報表測試模式：該模式可在工作人員提出對一只待檢測光纖線纜的檢測，在未知該線纜內(nèi)部光纖導(dǎo)通邏輯順序時，儀器可以完成對光纖線纜邏輯導(dǎo)通的測試，并形成導(dǎo)通對應(yīng)關(guān)系報表，具體方式為：當(dāng)操作人員將待檢測產(chǎn)品某個輸入端連接器插入儀器，以及所有輸出端連接器插入儀器后，點擊電腦操作界面開始自動測試，工業(yè)計算機(jī)軟件程序通過控制激光管發(fā)光到產(chǎn)品輸入端某路，然后通過運(yùn)動控制技術(shù)和視覺圖像處理技術(shù)，移動工業(yè)相機(jī)，尋找該光路輸出位置，并在人機(jī)交互界面顯示結(jié)果，同時將結(jié)果保存在計算機(jī)硬盤中，另外一路激光管點亮輸入端的第二路，然后重復(fù)移動相機(jī)、視覺檢測，以此類推，直到完成光纖線纜的邏輯通路檢測功能。圖3為自動生成報表測試模式軟件流程設(shè)計圖。

圖3 自動生成報表測試模式軟件流程圖

載入編輯報表自動測試模式：相對于上一種模式，該模式工作較為簡單，即人工編輯好檢測報表，將待檢測產(chǎn)品裝夾完成后，在人機(jī)界面選擇載入該報表，并點擊自動測試即可，本文所設(shè)計儀器由報表第一行開始，點亮指定激光管，移動相機(jī)至指定工作，進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果寫入報表第一行的結(jié)果處，然后進(jìn)行第二行檢測，以此類推，直到全部檢測完成。圖4為載入編輯報表自動測試模式軟件流程設(shè)計圖。

圖4 載入編輯報表自動測試模式軟件流程圖

3.2 圖像處理程序設(shè)計

圖像處理在軟件系統(tǒng)設(shè)計中是非常重要的部分，直接影響到測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文所設(shè)計儀器的圖像處理軟件主要包括兩個部分：關(guān)閉環(huán)形光源識別黑暗中光點程序和打開環(huán)形光源識別所有孔位位置。前者軟件設(shè)計主要完成黑暗中亮點的識別，因為激光在待檢測產(chǎn)品輸出時，可能會出現(xiàn)“星芒”式等干擾，要將小干擾濾除并取最大面積光點中心作為亮點中心。圖5為識別黑暗中光點程序流程圖。

圖5 識別黑暗中光點程序流程圖

圖6 打開光源識別所有孔位置程序流程圖

打開光源識別所有孔位置程序運(yùn)行時，需要斷開所有激光管導(dǎo)通，線纜輸出端連接器表面可能對判斷孔位位置有干擾，所以要過濾，將干擾部分濾除后，補(bǔ)全所有的光孔，再一次根據(jù)所有光孔共同特性過濾，然后分析和統(tǒng)計留下的所有光孔位置坐標(biāo)。圖6為打開光源識別所有孔位置程序流程圖。

通過以上兩種圖像處理軟件處理后，得到的黑暗中光點坐標(biāo)位置（0，0），以及打開光源識別所有孔位置，并按照以左上點為第一個點，右下角為最后一個點進(jìn)行軟件篩選排列，得到（1，1）、（2，2）……（n，n），然后通過兩點間距離公式，計算（0，0）到各點的距離，其中距離最近的且在誤差范圍內(nèi)的孔位置即為該路輸入激光的通過線纜傳輸輸出點定位位置，相機(jī)所處工位即該線纜輸出連接器的位置號，該點定位位置的序號即為連接器上的輸出孔序號，通過該方式可查找到任意一路通過輸入連接器的某個輸入孔發(fā)射的激光，在多個輸出連接器中的某個連接器上能夠找到某個孔對應(yīng)該輸入。

4 試驗照片

軟件系統(tǒng)設(shè)計完成后，進(jìn)行了大量試驗來修正程序，使其更為穩(wěn)定、可靠、合理地運(yùn)行，目前軟件已經(jīng)配備于光纖線纜邏輯通路檢測儀器中使用。圖7為軟件設(shè)計人機(jī)界面。

圖7 軟件設(shè)計人機(jī)界面

在光纖線纜邏輯通路檢測儀器的軟硬件設(shè)計完成以后，進(jìn)行了大量的產(chǎn)品測試試驗，試驗得到了具體的數(shù)據(jù)與報表，準(zhǔn)確穩(wěn)定，儀器提高了生產(chǎn)檢驗效率，避免人為檢驗帶來的質(zhì)量問題。

5 結(jié)束語

在當(dāng)今社會，產(chǎn)品質(zhì)量對于生產(chǎn)企業(yè)的重要性不言而喻，尤其是不容失誤的航空、航天、武器裝備領(lǐng)域使用的相關(guān)產(chǎn)品，隨著人力成本的逐日增加以及對質(zhì)量要求的逐步提高，自動化檢測技術(shù)的發(fā)展將具有更廣闊的舞臺，而機(jī)器視覺技術(shù)在自動化檢測和設(shè)備中又擔(dān)任主要角色。本文設(shè)計的軟件系統(tǒng)，經(jīng)過大量的試驗與實際生產(chǎn)檢測，可通過圖像處理、分析和計算，通過兩種可選擇的自動模式，完成光纖線纜邏輯通路的全部測試工作。目前，軟件系統(tǒng)在光纖線纜邏輯通路檢測儀器中運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，操作簡便，在自動化檢測領(lǐng)域會有更為廣闊的應(yīng)用空間，尤其是針對光纖線纜導(dǎo)通檢測領(lǐng)域。

1 陳樹學(xué)，劉萱．LabVIEW寶典[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2011

2 張宏群，倉彬彬．基于LabVIEW的氣象監(jiān)測系統(tǒng)[J]．虛擬儀器與應(yīng)用，2010，24：152～154

3 楊樂平，李海濤，趙勇. LabView程序設(shè)計與應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2001

4 王磊，陶梅．精通LabVIEW8.0[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2010

5 侯國屏. LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計[M]. 北京：清華大學(xué)出出版社，2001

Software System Design of An Instrument for Detecting Optical Fiber Cable Logic Path

Shi Jincheng Sun Bo Tang Dong Liu Linlin Jin Xianlun

(Guizhou Space Appliance Co.,Ltd, Guiyang 550009)

This paper designs a rapid detecting optical fiber cable instrument through the way of sequential logic, first has carried on the overall design of instrument control system, and introduces the hardware system of the instrument and the main control part selection. This paper focuses on the design of the software, which can be used for manual or automatic operation coordination with single axis robot, industrial camera, I/O board, and ring light. The instrument can be currently used in the detection process of production line products with the high degree of integration, complete functions, a good human-computer interaction and data storage function, to meet the demand for rapid detection of the production line. The instrument designed in this paper is based on the vision technology for the detection of optical fiber cable logical order with simple operation, fast detection and stability.

software design；image processing；motion control；I/O control

石錦成（1975），副總工程師，自動化專業(yè)；研究方向：智能制造。

2017-09-26