CC BY
11
УДК 681.772.2
АППАРАТНАЯ ЧАСТЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО МЕХАТРОННОГО КОМПЛЕКСА С СИСТЕМОЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ
Д. В. Гараев, Д. Е. Амелько Научный руководитель - Л. В. Ручкин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: faydaen@mail.ru
Рассмотрены основные принципы и основные элементы системы технического зрения при сборке и испытаниях ракетно-космической техники. Описывается аппаратное и программное обеспечение системы технического зрения.
Ключевые слова: система технического зрения, камера, объектив, контроллер, сенсор.
HARDWARE OF MEASURING MECHATRON COMPLEX WITH SYSTEM
OF TECHNICAL VISION
D. V. Garaev, D. E. Amelko Scientific Supervisor - L. V. Ruchkin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: faydaen@mail.ru
The main principles and basic elements of the vision system for the assembling and testing rocket and space equipment are considered. The hardware and software of the technical vision system are described.
Keywords: vision system, camera, lens, controller, sensor.
В настоящее время оптико-электронные системы, такие как распознающие системы технического зрения, используются в различных отраслях народного хозяйства, науки и техники для решения широкого класса разнообразных задач. Они предназначены для обработки изображений и получения измерительной информации при автоматическом слежении и управлении, исследовании природных ресурсов и окружающей среды. Могут применяться при сборке и испытаниях ракетно-космической техники. Повышение качества обработки изображений с учетом минимизации аппаратно-программного обеспечения оптико-электронных систем и систем технического зрения - актуальная задача.
Промышленная система технического зрения (СТЗ) - это аппаратно-программный комплекс, осуществляющий пространственно-временную дискретизацию электромагнитного излучения видимого диапазона исследуемого объекта с целью регистрации его параметров и их анализа в режиме реального времени. Объект исследования представляет собой в общем случае подвижный носитель информации, которую возможно зарегистрировать оптическим путем с помощью видеосенсора [1].
Основными элементами системы технического зрения являются: цифровая камера; устройства синхронизации работы камеры с технологическим оборудованием; программируемый логический контроллер или промышленный компьютер; программное обеспечение, координирующее функционирование всего комплекса; интерфейс, связывающий СТЗ, персональный компьютер (ПК) и исполнительные механизмы.
Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
Ключевым элементом каждой СТЗ является цифровая камера. Выбор камеры производится по следующим критериям: разрешающая способность, чувствительность, размер ячейки видеосенсора, время экспозиции, скорость передачи данных, длина интерфейсного кабеля «камера -компьютер», тип интерфейса с ПК. Именно цифровая камера определяет основные характеристики системы, поэтому ее выбор должен определяться задачами, поставленными перед СТЗ. В соответствии с требованиями к СТЗ была выбрана высокоскоростная цветная камера (Basler sca640-70fc). Семейство basler основано на выборе лучших сенсоров (Sony CCD) и предлагает широкий спектр разрешений и скоростей. В семейство также входит высокопроизводительный CMOS-датчик от Aptina. Благодаря технологиям интерфейса Gigabit Ethernet (GigE) и FireWire-b (IEEE 1394b), камеры определяются самой современной технологией, которая позволяет получать максимальную производительность от каждого датчика [2].
Эта камера идеально подходят для различных видов приложений, в том числе для контроля полупроводников и компонентов, контроля качества продукции, контроля пищевых продуктов и напитков, интеллектуальных систем движения, микроскопии и медицинской визуализации, биометрии и многих других. Камера обладает разрешением 659^494 при размере пикселя 7,4 мкм Х 7,4 мкм, максимальная частота кадров - 71 fps.
Вместе с камерой необходимо использовать объектив. На сайте производителя приводятся рекомендуемые объективы. На основе выбранного рабочего расстояния и предполагаемой максимальной длины и ширины объекта измерения предлагается объектив (Basler Lens C125-0418-5M F1.8 f4mm). Объективы Basler высокого разрешения как нельзя лучше подходят для всех нынешних областей применения систем машинного зрения. Объективы были разработаны совместно с Fujinon и идеально совместимы со всеми камерами Basler, размер сенсора которых не превышает 1/2", включая Basler ace, dart и pulse. Объективы Basler с креплением стандарта C-Mount предлагаются с фиксированным фокусным расстоянием 4 мм, диафрагменным числом от F1,8 до F22 и разрешением 5 Мп.
В качестве контроллера подключения промышленных камер выбран NI EVS-1464RT. NI EVS-1464RT, предназначенный для обработки изображений в реальном времени с нескольких камер, подходит для приложений машинного зрения, таких как высокоскоростная сортировка, проверка сборки и проверка упаковки. Как и все аппаратные средства NI, его можно запрограммировать с помощью программного обеспечения NI Vision Development Module (приложение для проектирования, разработки и внедрении систем машинного зрения компании NI) или настроить его с помощью NI Vision Builder (средство разработки системы автоматизированного контроля качества, позволяет разрабатывать и внедрять системы автоматизированного визуального контроля различной сложности) для автоматического контроля более быстрой разработки и упрощенного обслуживания.
Подключение компонентов
Система NI EVS 1464-RT по сути является компьютером и имеет в своем составе такие компоненты, как процессор, оперативная память, ПЗУ, видеокарта и карта видеозахвата. При помощи интерфейса Ethernet осуществляется доступ к файловой системе устройства, а также конфигурирование системы. Таким образом, после конфигурирования данная система способна работать как полностью автономное устройство, взаимодействуя с другими устройствами (контроллерами, компьютерами) посредством специализированных промышленных протоколов [3].
На рисунке представлена схема подключения описанного оборудования для настройки и конфигурирования автоматизированной системы. На рисунке компонентами являются: 1,2 - Ethernet port; 3 - сетевой порт; 4 - персональный компьютер; 5 - NI EVS 1464-RT; 6 - Basler sca640-70fc; 7 - Basler Lens C125-0418-5M.
В ходе выполнения данной работы были исследованы различные промышленные системы машинного зрения. В качестве аппаратной базы для решения поставленной задачи был выбран продукт компании National Instruments - система технического зрения EVS-1464RT, высокоскоростная камера Basler sca640-70fc с линзой Basler Lens C125-0418-5M F1.8 f4mm.
Библиографические ссылки
1. Многофункциональная встраиваемая система технического зрения для интеллектуальных комплексов видеонаблюдения / А. С. Сизов, Д. В. Титов, М. И. Труфанов и др. // Телекоммуникации. 2011. № 4. С. 19-23.
2. Продукция компании Basler, компонентны систем машинного зрения [Электронный ресурс]. URL: https://www.baslerweb.com/ru/produkty/komponenty-sistem-mashinnogozrenija/ objektivy/ basler-lens-c125-0418-5m-f1-8-f4mm/ (дата обращения: 06.03.2017).
3. Продукция компании National Instrument, системы технического зрения реального времени [Электронный ресурс]. URL:http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/ru/nid/ 207112 (дата обращения: 07.03.2017).
© Гараев Д. В., Амелько Д. Е., 2018
