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        基于數(shù)據(jù)采集卡的煙條表面瑕疵檢測系統(tǒng)

        2015-11-24 03:31:38李居峰趙佳慶鄧宜興
        機械制造 2015年6期
        關鍵詞:程序檢測系統(tǒng)

        □ 馮 浩 □ 李居峰 □ 趙佳慶 □ 鄧宜興

        上海大學 機電工程與自動化學院 上海 200072

        基于數(shù)據(jù)采集卡的煙條表面瑕疵檢測系統(tǒng)

        □ 馮 浩 □ 李居峰 □ 趙佳慶 □ 鄧宜興

        上海大學 機電工程與自動化學院 上海 200072

        介紹了一種煙條表面瑕疵檢測系統(tǒng)中的自學習系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集卡和工控機實現(xiàn)對香煙表面瑕疵的高速檢測。與傳統(tǒng)測量相比,具有的優(yōu)勢:第一,實現(xiàn)了對整個煙條表面的檢測;第二,實現(xiàn)了無人操作,從開機、學習到檢測不需要人工操作;第三,分開保存了合格與不合格的檢測數(shù)據(jù),方便歷史追溯與統(tǒng)計。

        數(shù)據(jù)采集卡 自動 光學 檢測系統(tǒng)

        傳統(tǒng)的煙條表面瑕疵檢測,大多依靠人工觀察,效率低,而且只能是少部分抽查,即使有部分廠家使用自動檢測系統(tǒng),也只針對鋼印的形狀,而對鋼印的位置與煙條上的其它瑕疵起不了作用。本文提出一種基于數(shù)據(jù)采集卡、工控機和數(shù)據(jù)庫的工件表面瑕疵檢測系統(tǒng),在提高測量精度和效率的同時,保存了測量數(shù)據(jù),便于工件加工工藝的改進。

        1 工件表面瑕疵檢測系統(tǒng)概述

        本系統(tǒng)如圖1所示,系統(tǒng)使用Visual Studio軟件的C#編程語言編寫上位機軟件。該程序包括工件表面測量點信息和測量信息的數(shù)據(jù)庫,并通過伺服電機及光碼盤控制工件運動與瑕疵檢測,通過DAQ-2010數(shù)據(jù)采集卡進行信號采集與模數(shù)轉換,通過工控機處理與存儲數(shù)據(jù),并發(fā)送檢測結果給PLC,PLC根據(jù)檢測結果控制剔除閥剔除不合格香煙。通過用戶界面可以手工設置參數(shù)及調看歷史數(shù)據(jù)。

        ▲圖1 煙條瑕疵檢測系統(tǒng)示意圖

        2 數(shù)據(jù)采集卡選擇與控制

        DAQ-2010是凌華數(shù)據(jù)采集卡的成員之一,該數(shù)據(jù)采集卡基于計算機PCI總線,可同時采集四路電壓信號。DAQ-2010數(shù)據(jù)采集卡的性能:支持32位3.3 V或5 V PCI總線,4通道差分模擬輸入,最高可達2兆點/秒同步采樣率,14位A/D分辨率,最高8kB采樣A/D FIFO,雙極性或單極性模擬輸入范圍,可編程增益:x1,x2,x4,x8。DAQ-2010數(shù)據(jù)采集卡同時還提供了可用于多種編程語言如VB、VC、VC++、C#等的二次開發(fā)的文件。

        本文采用了C#編寫上位機軟件,其與數(shù)據(jù)采集卡的控制過程如下。

        (1)安裝驅動程序,在C盤會自動生成動態(tài)鏈接庫文件D2K-Dask.dll。

        (2)在Visual Studio軟件的Windows窗體應用程序中,在“解決方案資源管理器”的欄中添加引用,選擇現(xiàn)有項D2KDask.cs類文件,再在Form1.cs窗口頂端添加using D2KDask,便可調用數(shù)據(jù)采集卡的庫函數(shù)。

        (3)對采集卡進行初始化。

        ①注冊采集卡,使用函數(shù)D2K_Register_Card,注冊成功后會返回卡號值。

        ② 根據(jù)返回的卡號設置每張卡的采集電壓范圍和模式,分別使用函數(shù) D2K_AI_CH_Config和D2K_AI_Config。DAQ-2010的采集范圍最大為-10~10 V,采集模式有內部時鐘和外部觸發(fā)兩種,采集頻率最大為2 MB。本文選擇了-10~10 V的采集范圍,以及外部觸發(fā)的采集模式,外部觸發(fā)信號為光碼盤的A脈沖,每進一個A脈沖采集一次數(shù)據(jù)。光碼盤安裝在生產所用的電機上,光碼盤轉一圈為256個脈沖,每64個脈沖為一支香煙的長度,利用外部觸發(fā)可以不受生產速度的影響。本文所用的最大檢測速度為10 kB,所以采集卡滿足使用要求。

        ③設置A脈沖采集部分,使用D2K_GCTR_Reset函數(shù)設置采集通道,使用 D2K_GCTR_Setup與D2K_GCTR_Control設置采集模式,A脈沖的采集為程序檢測生產速度服務。

        ④設置緩存,使用D2K_AI_AsyncDblBufferMode開辟雙緩存,當一個緩存數(shù)據(jù)處理時,另一個進行采集,以保證操作的速度與數(shù)據(jù)的安全性。使用

        D2K_AI_ContBufferSetup設置緩存大小,緩存大小為256 byte,正好為4支香煙的數(shù)據(jù)。至此,數(shù)據(jù)采集卡初始化完畢。

        (4)啟用與關閉數(shù)據(jù)采集卡,使用函數(shù)D2K_AI _ContReadChannel,采集卡開始工作,當收到外部觸發(fā)信號時,開始采集。使用完采集卡后,使用D2K_AI_ AsyncClear釋放緩存,再使用D2K_Release_Card關閉采集卡。

        3 光學檢測部分

        采用光學檢測,其主要由光電二極管、透鏡、LED燈、放大電路等組成,利用光學進行測量,具有測量速度快、靈敏度高、操作簡單、價格便宜等優(yōu)點。光學檢測原理如圖2所示。

        ▲圖2 光學檢測原理

        共分8個通道,每個通道有2個LED燈。LED燈光照射在煙條表面,反射后經(jīng)透鏡聚焦在光電二極管上,產生的電壓信號經(jīng)過放大電路放大輸出。通過數(shù)據(jù)采集卡采集電壓值,判斷煙條表面顏色。

        4 自學習與數(shù)據(jù)存儲

        4.1 自學習系統(tǒng)

        該檢測系統(tǒng)的自學習與檢測主要由一條測速線程控制,通電之后電腦自動開啟,程序開機自啟動。由于需要進行高速采集和處理,程序使用了多線程技術,其中與學習相關的有4條,分別為采集卡監(jiān)測線程、測速線程、A脈沖計數(shù)線程及學習線程。

        程序啟動后,測速線程開始工作。測速主要通過數(shù)據(jù)采集卡上的計數(shù)器采集電機光碼盤上的A脈沖來測速,當一定時間內A脈沖數(shù)達到要求,程序進入自學習模式,如圖3所示。其中A脈沖數(shù)“speed”由A脈沖計數(shù)線程提供。

        采集卡監(jiān)測線程開始檢測采集卡狀態(tài)。當半滿(雙緩存有一個存滿)時,提取出數(shù)據(jù),并通過D2K_AI_ ContVScale函數(shù)轉化為標準電壓值。這時,學習線程啟動程序會采集20組數(shù)據(jù),經(jīng)計算作為標準模板,學習線程功能如圖4所示。學習開始信號,由測速線程給出。采集卡半滿信號為一組數(shù)據(jù)進來時的信號,由采集卡監(jiān)測線程提供。學習的第一步為保存采集進來的數(shù)據(jù),第二步為尋找Z脈沖,第三步是根據(jù)Z脈沖對準數(shù)據(jù)。雖然A脈沖為一圈256個,但偶爾會由于機械振動等原因導致脈沖變多。而該檢測的一項內容就是鋼印的位置,所以必須根據(jù)Z脈沖對齊(電機每轉一圈產生一個Z脈沖)。程序中有采集次數(shù)設定,初始值為20次,也可手動更改。當采集次數(shù)達到設定值后,停止采集,進入數(shù)據(jù)處理階段。

        ▲圖3 測速線程工作原理圖

        數(shù)據(jù)采集完成之后進行數(shù)據(jù)處理,處理主要包括求平均曲線和計算包絡線。

        平均曲線為20組數(shù)據(jù)對應點求平均得到的平均值組成的曲線,再由平均曲線計算出檢測所用的上下包絡線。如圖5所示,橫坐標為香煙長度,一支香煙長64 mm,縱坐標為采集的電壓值。

        圖中細實線為標準線,粗實線為上下包絡線,只要采集的數(shù)據(jù)在包絡線內都為合格。學習完后,學習線程關閉,檢測線程啟動。當速度低于一定標準值,程序進

        入待機狀態(tài),直到速度再次滿足要求。

        ▲圖4 學習線程原理圖

        ▲圖5 系統(tǒng)學習后得到的圖像

        自學習系統(tǒng)解決了香煙品種不同造成標準曲線不同的問題,同時也降低了工人的勞動強度。

        4.2 數(shù)據(jù)存儲

        C#提供有比較多種類的接口技術來支持數(shù)據(jù)庫編程,例如ODBC、DAO、OLE/DB、ADO等。通過這些接口可直接操作SQL Server,Microsoft Access等多種較為普遍的數(shù)據(jù)庫。但使用發(fā)現(xiàn),數(shù)據(jù)庫無法存儲如此快的數(shù)據(jù)采集,所以采用txt文件作為數(shù)據(jù)存儲,采用StreamWriter的方法寫入txt,如果文件不存在,則會自動創(chuàng)建。由于txt文件隨文件變大,存儲速度就會變慢,所以每一天程序會創(chuàng)建600個txt文件,分別為1.txt,2.txt,…,600.txt,用來減小單個文件的大小。雙緩存每半滿一次,程序把數(shù)據(jù)存入一個txt,下一個半滿時存入下一個txt文件,以防止一個半滿時間txt沒存完導致程序出錯或數(shù)據(jù)漏存。以下為合格數(shù)據(jù)存儲代碼:

        其中,wlog是新建的一個StreamWriter方法。用File.Appendtext()來指定文件路徑,并打開該文件,用wlog.Write()方法寫入數(shù)據(jù),再用wolg.Flush()保存文件,最后通過wlog.Close()關閉連接。

        使用txt解決了數(shù)據(jù)高速存儲的問題,方便了歷史數(shù)據(jù)追溯與統(tǒng)計。

        5 結論

        當機器通電后,電腦自動開機,程序自啟動。學習、檢測全部自動完成,不需要任何人工操作,節(jié)省了勞動力。使用了光學對煙條進行全方位檢測,不漏過任何瑕疵。保存了不合格數(shù)據(jù)方便查看,程序里自帶了各種瑕疵統(tǒng)計,有助于改進工作。最后通過剔除閥,阻止不合格的香煙通過。

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        (編輯 小 前)

        TH165

        A

        1000-4998(2015)06-0079-03

        2014年12月

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