何　軍

(中國(guó)人民解放軍駐201所軍事代表室，北京 100072)

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一種新的槍彈底火裝配深度檢測(cè)方法研究

何軍

(中國(guó)人民解放軍駐201所軍事代表室，北京 100072)

由于我國(guó)目前子彈生產(chǎn)檢測(cè)中對(duì)底火裝配深度尚無(wú)自動(dòng)檢測(cè)裝置，存在很多弊端。本文提出一種基于光切法的非接觸式槍彈底火裝配深度檢測(cè)方法。采用結(jié)構(gòu)光對(duì)被測(cè)彈底照射，依據(jù)光切法原理，入射光以一定角度的照射，切出彈底輪廓圖像，通過(guò)在反射光管的分化板位置安置CCD攝像頭來(lái)采集彈底放大的輪廓圖像，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，計(jì)算得到槍彈底火裝配深度。克服了現(xiàn)有檢測(cè)方法的弊端，對(duì)提高子彈底火裝配深度檢測(cè)效率、自動(dòng)化程度及檢測(cè)精度有重要意義。

光切法；CCD；圖像處理

在我國(guó)子彈生產(chǎn)檢測(cè)中，槍彈底火裝配深度質(zhì)量檢測(cè)尚無(wú)專門設(shè)備，目前生產(chǎn)線上采用機(jī)械傳遞，杠桿放大檢測(cè)機(jī)構(gòu)，由于機(jī)械環(huán)節(jié)多，影響測(cè)量因素多，精度校對(duì)困難，檢測(cè)基準(zhǔn)定位采用推桿頂彈殼口部或內(nèi)彈底兩種方法，它們都存在彈底定位基準(zhǔn)面定位壓力不均勻，夾緊可靠性差，檢測(cè)精度重復(fù)性差，基準(zhǔn)面易磨損，易對(duì)彈殼或火帽底造成損傷等問題。此外，測(cè)量設(shè)備為點(diǎn)測(cè)量，在底火裝配中偏底火難以檢測(cè)，而且這種方法為定性檢測(cè)判斷，無(wú)法提供檢測(cè)誤差帶和檢測(cè)數(shù)據(jù)，難于對(duì)生產(chǎn)狀況進(jìn)行分析和疵病進(jìn)行修復(fù)，只能進(jìn)行工位粗檢，不能進(jìn)行大批量高速生產(chǎn)自動(dòng)檢測(cè)和質(zhì)量控制?；诖吮疚奶岢鲆环N基于光切法的非接觸式槍彈底火裝配深度檢測(cè)方法。

1　光切法槍彈底火裝配深度檢測(cè)系統(tǒng)的組成

光切法槍彈底火裝配深度檢測(cè)系統(tǒng)包括圖像采集和圖像處理兩部分。主要由結(jié)構(gòu)光、光切顯微系統(tǒng)、CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、傳動(dòng)控制裝置、計(jì)算機(jī)等設(shè)備組成。圖2為系統(tǒng)組成框圖。

圖像采集系統(tǒng)主要由結(jié)構(gòu)光照射被測(cè)彈底表面，采用光切法測(cè)量原理，被測(cè)彈底表面與底火表面分別形成兩條光帶，經(jīng)CCD攝像頭攝取后，經(jīng)圖像采集卡采集到計(jì)算機(jī)，這樣完成圖像采集全過(guò)程。

光帶圖像采集到計(jì)算機(jī)內(nèi)存后，以Windows2003為開發(fā)平臺(tái)，Matlab7.0為開發(fā)工具，進(jìn)行圖像處理軟件設(shè)計(jì)。由于圖像存在噪聲點(diǎn),首先進(jìn)行平滑濾波，然后進(jìn)行閾值化，將原圖像分割成僅具黑白二值的圖像，進(jìn)行提取光帶中心線處理(即骨架化或細(xì)化)，細(xì)化后兩直線間距離即為被測(cè)彈底表面與底火表面垂直距離，即為底火裝配深度。

2　光切法槍彈底火裝配深度檢測(cè)系統(tǒng)原理

2.1光切法原理

光切法(Light-sectioning method)，又稱結(jié)構(gòu)光圖像法[1](Strutted Light Image)，是近十年發(fā)展起來(lái)的一種非接觸測(cè)量攝影測(cè)量法，原理如圖1所示。將一束平行光帶以α角度投射于被測(cè)表面，光帶與被測(cè)表面輪廓相交的曲線影像即反映了被測(cè)表面的微觀幾何形狀。投射光在工件表面的反射可能是有規(guī)則的反射，也可能是無(wú)規(guī)則的漫反射，研究表明只有當(dāng)α=45°時(shí)，二者物面模糊程度的影響是相等的，而且是最清晰的[1]。如圖1，光源發(fā)出的光線經(jīng)狹縫后，形成一束光帶，此光帶以45°角度方向與被測(cè)工件表面相截，若工件表面輪廓為如圖1所示的臺(tái)階面，則在光帶投射方向相應(yīng)的反射方向上，通過(guò)顯微鏡就可以看到如圖所示的圖像。圖1為光切法原理圖。臺(tái)階高度h和寬度s的計(jì)算公式如下：

其中，h″和s分別為顯微鏡中對(duì)應(yīng)的臺(tái)階高度與寬度；v為物鏡的放大倍數(shù)。

圖1　光切法原理圖

2.2系統(tǒng)測(cè)量原理

光源發(fā)出的光經(jīng)聚光鏡形成平行光后，經(jīng)狹縫形成一束光帶照射到被測(cè)物體上，在被測(cè)物體的表面產(chǎn)生一條極薄的明亮光帶，傳統(tǒng)的光切法測(cè)量是人眼通過(guò)目鏡觀察形成的輪廓圖像，我們?cè)诠馇酗@微鏡目鏡分化板位置安裝一個(gè)CCD攝像頭(替代人眼)[2]，被測(cè)表面經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)照明后，反射得到的圖像，由CCD攝像頭接收，并形成視頻信號(hào)，將其輸入圖像采集處理系統(tǒng)—圖像卡，圖像卡將CCD輸出的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，通過(guò)PCI總線傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存，計(jì)算機(jī)得到的是包括工件表面的二維輪廓信息的數(shù)字圖像，即為兩條光帶圖像，我們利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)采集的圖像進(jìn)行分析與計(jì)算，就能夠得到我們需要的輪廓曲線，從曲線上各點(diǎn)的數(shù)值即可計(jì)算出底火裝配深度值，從而達(dá)到測(cè)量的目的。系統(tǒng)組成框圖如圖2所示，系統(tǒng)測(cè)量原理見圖3。

圖2　系統(tǒng)組成框圖

圖3　系統(tǒng)原理圖

3　編程實(shí)現(xiàn)

首先對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理[3]：包括真彩色轉(zhuǎn)換為灰度圖像、圖像二值化、圖像的中值濾波、圖像切割、圖像的膨脹、圖像的腐蝕、圖像的翻轉(zhuǎn)等一系列的圖像處理過(guò)程。

由于光照、亮度、背景色等因素的影響，對(duì)于不同的圖像二值化時(shí)的閥值不同[4]。本實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件圖像的二值化閥值取0.7，對(duì)待檢件的四幅圖像的二值化閥值取0.2。

實(shí)驗(yàn)采用對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)定的方法，即在同樣測(cè)量條件下，求出標(biāo)準(zhǔn)件在計(jì)算機(jī)中垂直方向上象素的個(gè)數(shù)，再用標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)際尺寸與象素?cái)?shù)進(jìn)行比值，即求出標(biāo)定系數(shù)K，分別對(duì)不同情況下采集到的光帶圖像進(jìn)行了處理與計(jì)算，從而得出被測(cè)彈底火深度實(shí)際尺寸。圖4為CCD獲取的工件表面光帶圖像及處理后圖像。

以標(biāo)準(zhǔn)件圖像為例，已知此兩幅圖像中兩條光帶落差的中心距為0.20 mm，由此已知距離測(cè)出圖像中每個(gè)象素點(diǎn)對(duì)

應(yīng)的實(shí)際尺寸。然后測(cè)出采集到的待檢工件圖像中兩條光帶落差的中心距所占的象素個(gè)數(shù)，由標(biāo)定系數(shù)，即得待檢工件圖像中底火裝配深度的實(shí)際尺寸。合格品范圍為(0.07 mm～0.17 mm)，不合格品由剔除電磁鐵剔除。

圖4　CCD獲取的工件表面光帶圖像及處理后圖像

4　結(jié)論

系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)機(jī)械測(cè)量的種種弊端，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)、快速測(cè)量，操作簡(jiǎn)便，測(cè)量過(guò)程無(wú)須人為干預(yù)，立即測(cè)量，即在CCD捕捉被測(cè)對(duì)象的視頻信號(hào)后，立即將圖像交給計(jì)算機(jī)處理，適合在線測(cè)量。

將CCD技術(shù)應(yīng)用于光學(xué)圖像采集，傳輸，顯示，控制，完成了傳統(tǒng)光學(xué)顯微圖像觀察從單人目視主觀觀察到光電采集、傳輸和存取顯示以及計(jì)算機(jī)化的技術(shù)躍進(jìn)。

由原來(lái)的點(diǎn)測(cè)量實(shí)現(xiàn)了線測(cè)量，由原來(lái)的接觸式測(cè)量實(shí)現(xiàn)了非接觸式測(cè)量，原有系統(tǒng)只能進(jìn)行定性測(cè)量，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了定量測(cè)量，提供檢測(cè)數(shù)據(jù)和檢測(cè)誤差帶，解決了原有測(cè)量系統(tǒng)中偏底火難以測(cè)量的難題，并可以對(duì)疵病進(jìn)行修復(fù)。

本系統(tǒng)是一個(gè)光、機(jī)、電、算相結(jié)合的一體化系統(tǒng)，在測(cè)量過(guò)程中，人為因素的影響大為降低，測(cè)量速度和自動(dòng)化程度大為提高。彈底被測(cè)部位經(jīng)光路系統(tǒng)的一級(jí)放大后，圖像成像在攝像頭的面陣CCD上，而CCD上的象素點(diǎn)與顯示器上的象素點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，CCD的每?jī)蓚€(gè)象素點(diǎn)間距為14，14寸顯示器每?jī)蓚€(gè)象素點(diǎn)間距大約0.3 mm，這樣在顯示器上最后顯示的圖像實(shí)際是被測(cè)部位的數(shù)百倍。對(duì)放大后的圖像進(jìn)行計(jì)算處理顯然大大提高了測(cè)量的分辨力，進(jìn)一步提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度。

[1]袁長(zhǎng)良.表面粗糙度及其測(cè)量[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

[2]蕭擇新.工程光學(xué)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3]王慶有.CCD應(yīng)用技術(shù)[M].天津：天津大學(xué)出版社,1994.

[4]Rafael C.Gonzalez Rachard E.Woods.數(shù)字圖像處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

Research on a New Detection Method for Bullet Primer Assemble Depth

He Jun

(TheMilitaryRepresentativeOfficeofPLAinNo.201ResearchInstitute,Beijing100072,China)

There are some drawbacks in bullet primer assemble depth detection in our country. This paper presents a non-contact method for bullet primer assembly depth detection based on light-section method. The structured light exposes the bullet primer, then cut the contour of the bullet’s bottom surface based on the principle of light-section method. A CCD camera is placed on the reticule to gather the amplifying contour of bullet’s bottom surface, then gather the primer assemble depth dimension based on the technology of digital image processing. It is significant to raise the detection efficiency for bullets primer assembles depth and the automation degree as well as the accuracy of detection.

light-sectioning method; CCD; image processing

2016-06-12

何軍(1979- )，男，山東平原縣人，碩士研究生，研究方向：檢測(cè)技術(shù)及自動(dòng)化裝置。

1674- 4578(2016)04- 0090- 02

TP 391.41

A