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摘 要： 摘 要： 槍彈彈頭為軸對(duì)稱性部件，弧形曲線、整體外形的特殊性導(dǎo)致其測(cè)量難度較大。視覺技術(shù)的發(fā)展使其測(cè)量成為了現(xiàn)實(shí)，它可以克服人工測(cè)量、卡規(guī)測(cè)試等一系列弊端。文章以視覺技術(shù)測(cè)量理論為基礎(chǔ)，研究設(shè)計(jì)了針對(duì)某型孔徑槍彈彈頭測(cè)量的自動(dòng)設(shè)備。 關(guān)鍵詞：
摘 要： 槍彈彈頭為軸對(duì)稱性部件，弧形曲線、整體外形的特殊性導(dǎo)致其測(cè)量難度較大。視覺技術(shù)的發(fā)展使其測(cè)量成為了現(xiàn)實(shí)，它可以克服人工測(cè)量、卡規(guī)測(cè)試等一系列弊端。文章以視覺技術(shù)測(cè)量理論為基礎(chǔ)，研究設(shè)計(jì)了針對(duì)某型孔徑槍彈彈頭測(cè)量的自動(dòng)設(shè)備。
關(guān)鍵詞：槍彈;彈頭;檢測(cè)
傳統(tǒng)的槍彈彈頭尺寸檢驗(yàn)、重量測(cè)量采用肉眼加量具的方式，工作效率低、漏檢誤判概率大。槍彈彈頭具有批量大、抽樣檢驗(yàn)[1]頻次高、測(cè)量精度高、檢驗(yàn)項(xiàng)目多、重復(fù)性大等特點(diǎn)，自動(dòng)測(cè)量設(shè)備成為了必然趨勢(shì)。集成式自動(dòng)測(cè)量設(shè)備結(jié)合光、機(jī)、電等技術(shù)，可靠性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)便，可有效改善上述弊端。
1.測(cè)量設(shè)備總體設(shè)計(jì)
測(cè)量設(shè)備主要由供料裝置、光學(xué)成像系統(tǒng)、重量檢測(cè)裝置、機(jī)械手臂、控制系統(tǒng)、分類槽等構(gòu)成。彈頭首先由機(jī)械手放置于重量測(cè)量裝置上，重量數(shù)據(jù)采集完成后，控制控制系統(tǒng)進(jìn)行符合性判別，不合格品由機(jī)械手送至重量不合格品存放槽中，合格品送至尺寸測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)(光學(xué)成像系統(tǒng))，光學(xué)成像系統(tǒng)采集彈頭的弧形尺寸、尖端直徑、圓柱部直徑、尾端錐度等指標(biāo)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)送至控制系統(tǒng)進(jìn)行符合性判別，機(jī)械手根據(jù)控制系統(tǒng)下達(dá)的分類指令將彈頭送至制定的分類槽，同時(shí)控制系統(tǒng)記錄全部判別數(shù)據(jù);當(dāng)全部樣品檢驗(yàn)完畢后，控制系統(tǒng)生成檢驗(yàn)報(bào)表。如圖1所示為彈頭自動(dòng)測(cè)量設(shè)備原理框圖。
2.重量測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選擇
重量測(cè)量系統(tǒng)一是要考慮到被測(cè)物的重量公差值，選取的測(cè)量精度要盡可能是公差值的1/10;二是要考慮到響應(yīng)速率，由于重量測(cè)量多為重力傳感器類型，傳感器平衡時(shí)間指標(biāo)需要加以考慮，便于后續(xù)軟件設(shè)計(jì);三是要考慮到外來(lái)誤差，如測(cè)量后被測(cè)物帶來(lái)的殘余物體，每次測(cè)量后要有歸零設(shè)置;四是要考慮檢測(cè)周期，盡可能選擇可靠性較強(qiáng)的設(shè)備，便于后續(xù)大批量檢測(cè)需要;五是要考慮電磁影響，要選擇抗電磁干擾能力強(qiáng)的的測(cè)量色設(shè)備;六是重量測(cè)量裝置要具有良好的數(shù)據(jù)互傳功能，具有可開發(fā)性接口。
基于以上考慮，本系統(tǒng)選擇了上海方瑞公司生產(chǎn)的FA系列天平作為重量測(cè)量系統(tǒng)主要裝置。
3.光學(xué)成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選擇
光學(xué)成像系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)彈頭的外形圖像的獲取，為控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的圖像數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)依據(jù)視覺技術(shù)分析軟件進(jìn)行尺寸的符合性判斷。
光學(xué)成像系統(tǒng)的光照方式直接影響到圖像的質(zhì)量[2]。試驗(yàn)表明，直射光拍攝的彈頭圖像，靠近軸向中心有一條灰度極高的反射帶，與背景灰度很接近，給后期的圖像處理帶來(lái)不便。槍彈彈頭屬回轉(zhuǎn)對(duì)稱型部件，只需要提取其圖像邊緣即可滿足要求。
圖像拍攝過(guò)程中不可避免會(huì)有雜光影響，雜光會(huì)帶來(lái)一定誤差，直接造成測(cè)量結(jié)果的精度下降，本系統(tǒng)采用紅外平行光加濾光片方式改善這一弊端。
成像系統(tǒng)的測(cè)量精度X選擇主要取決于圖像接收器的尺寸(高度為h，寬度為l)及其分辨率(水平分辨率為x,縱向分辨率為y)、被測(cè)物的大小(長(zhǎng)度L和直徑D)、光學(xué)放大倍率M。幾者的關(guān)系是選擇接收器的主要依據(jù)的數(shù)據(jù)指標(biāo)。
接收器高度、彈頭長(zhǎng)度、放大倍率的關(guān)系為：
h≥LM (1)
同理可得：
l≥DM (2)
水平分辨率、接收器寬度與測(cè)量精度應(yīng)滿足(3)式關(guān)系：
(l/x)/M≤X (3)
同理可得：
(h/x)/M≤X (4)
以上關(guān)系式是設(shè)計(jì)光學(xué)成像系統(tǒng)必須加以考慮的。
圖像采集卡作用是將圖像接收器輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行采樣、保持、量化及編碼，并將其轉(zhuǎn)化后的圖像數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)通道中，便于控制系統(tǒng)獲得所需的數(shù)字圖像。圖像采集卡要根據(jù)測(cè)量速率、前端成像系統(tǒng)像素?cái)?shù)、動(dòng)/靜態(tài)測(cè)量方式來(lái)確立相關(guān)參數(shù)以備確立型號(hào)。
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4.供料裝置的設(shè)計(jì)與選擇
供料裝置在彈頭(被測(cè)物)準(zhǔn)備階段完成排序并輸出準(zhǔn)備好信號(hào)。目前常用的排序裝置是震動(dòng)料斗和轉(zhuǎn)盤，考慮到現(xiàn)有條件，裝置采用震動(dòng)料斗進(jìn)行排序，其原理文章不再贅述。
彈頭的尺寸、鏡頭的景深，需要將其輸送至指定的待測(cè)區(qū)域，便于獲取有效的測(cè)量結(jié)果。裝置采用機(jī)械手的方式進(jìn)行目標(biāo)的抓取、輸送和分類。
5.分類裝置的設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)根據(jù)軟件分析結(jié)果，依據(jù)不同類別進(jìn)行分類，主要設(shè)計(jì)上采用機(jī)械手和料槽的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。同時(shí)分類裝置依據(jù)彈頭具有鋼芯的特點(diǎn)，綜合運(yùn)用點(diǎn)電磁輔助分類，確保分類可靠，便于后續(xù)復(fù)驗(yàn)。
分類裝置分類后，依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，記錄累加每次測(cè)量結(jié)果，控制系統(tǒng)及時(shí)生成檢驗(yàn)報(bào)表，和質(zhì)量趨勢(shì)圖，為后續(xù)質(zhì)量控制和生成提供直觀的數(shù)字依據(jù)。
6.結(jié)束語(yǔ)
文章以改進(jìn)傳統(tǒng)的槍彈彈頭檢驗(yàn)測(cè)量方式為目的，對(duì)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備的已經(jīng)環(huán)境和搭建注意事項(xiàng)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)備的測(cè)量要求，確立了圖像的獲取方式選取原則。總體設(shè)計(jì)具有較好的可操作性，對(duì)同行業(yè)具有一定的參考價(jià)值。——論文作者：張林 張曉永 孫昊
