一种断路器脱扣螺钉视觉定位系统的制作方法

本发明属于低压断路器的检测技术领域，具体地涉及一种断路器脱扣螺钉视觉定位系统。

背景技术：

低压断路器是用于接通、分断电力线路负荷和各种短路故障的一种开关器件,作为低压配电系统的核心部件广泛应用于配电系统中。如果其长延时、可靠性等性能指标未达标,会影响配电系统正常工作,甚至会危及系统及电力设备的安全,所以长延时检测是断路器产品的重要指标,而对螺钉的快速准确定位是完成长延时检测的关键一步,螺钉的定位精度对断路器长延时测试起着至关重要的作用。

过去,断路器螺钉调整环节多数采用人工手动操作,具有随机性大、稳定性差、生产效率低等问题,后来采用激光点阵法对螺钉定位,虽然解决了随机性大、稳定性差等问题,但依然存在以下缺点：由于激光点阵扫描定位的规则限制,激光定位跟踪螺钉具有较大的时滞性；由于螺钉尺寸较小、双金属片变形带动螺钉倾斜,从而影响激光定位精度。传统的螺钉定位方法已经很难满足自动、快速、高精度的测试需求。

随着计算机应用技术和CCD 成像技术的发展,基于图像处理的视觉定位得到了越来越广泛的应用。

技术实现要素：

本发明就是针对断路器长延时调整时对脱扣螺钉自动快速定位的难题，提供一种断路器脱扣螺钉视觉定位系统；本发明稳定可靠, 实现了对螺钉实时、快速准确的定位跟踪，具有非接触、柔性好、精度高和长时间稳定等优点。

为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明一种断路器脱扣螺钉视觉定位系统，包括照明光源、图像采集存储单元、人机界面单元、PLC控制单元和螺钉调整控制单元；其结构要点是：所述图像采集存储单元包括光学镜头、CCD相机、图像采集卡，所述光学镜头安装在CCD相机上，所述CCD相机的输出端与图像采集卡相连；所述螺钉调整控制单元为同心双柔轴调整机构，所述人机界面单元包括监控界面和图像处理模块，所述监控界面和图像处理模块相互连接；所述图像采集卡的输出端连接图像处理模块的输入端，图像处理模块的输出端连接PLC控制单元的输入端，所述PLC控制单元的输出端连接同心双柔轴调整机构；所述照明光源发出的光照射在脱扣螺钉上，然后被所述光学镜头接收。

作为本发明的一种优选方案，所述照明光源采用LDR-96LA-1-SW的CCS低角度LED环形光。

作为本发明的另一种优选方案，所述CCD相机采用大恒图像水星系列MER-125-30UC型号的彩色CCD工业数字相机。

作为本发明的另一种优选方案，所述光学镜头采用Computer M1214-MP2型号的百万像素系列光学镜头。

作为本发明的另一种优选方案，所述图像采集卡为DH-VT140四路彩色图像采集卡。

本发明的有益效果是。

1、本发明提供的一种断路器脱扣螺钉视觉定位系统，针对传统的断路器长延时测试中,手工对脱扣螺钉和螺帽静态调整的不稳定性、效率低和调整精度难保证的问题,提出了基于视觉图像的螺钉定位跟踪方法；本发明采用工业CCD 相机实时采集螺钉图片,通过图像处理技术完成对螺钉中心的定位跟踪,系统运行安全可靠,实现了对脱扣螺钉的快速、精确定位,极大缩短了断路器测试时间,实现了断路器测试自动化。

2、本发明通过工业CCD相机和Computer M1214-MP2型号的百万像素系列光学镜头，获取断路器三相双金属片上脱扣螺钉的图像信息,利用开源的计算机视觉库(Open CV)软件进行图像处理提取螺钉中心位置,从而将其坐标位置传送给PLC控制单元控制同心双柔轴调整机构对螺钉螺母完成长延时调整动作；本发明稳定可靠,实现了螺钉的快速、精确定位,将断路器长延时测试时间缩短了30%以上；实现了对螺钉实时、快速准确的定位跟踪，具有非接触、柔性好、精度高和长时间稳定等优点。

附图说明

图1是本发明一种断路器脱扣螺钉视觉定位系统的组成框图。

图2是本发明一种断路器脱扣螺钉视觉定位系统的图像视觉定位流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明一种断路器脱扣螺钉视觉定位系统的组成框图。图中，包括照明光源、图像采集存储单元、人机界面单元、PLC控制单元和螺钉调整控制单元；其结构要点是：所述图像采集存储单元包括光学镜头、CCD相机、图像采集卡，所述光学镜头安装在CCD相机上，所述CCD相机的输出端与图像采集卡相连；所述螺钉调整控制单元为同心双柔轴调整机构，所述人机界面单元包括监控界面和图像处理模块，所述监控界面和图像处理模块相互连接；所述图像采集卡的输出端连接图像处理模块的输入端，图像处理模块的输出端连接PLC控制单元的输入端，所述PLC控制单元的输出端连接同心双柔轴调整机构；所述照明光源发出的光照射在脱扣螺钉上，然后被所述光学镜头接收。

所述照明光源采用LDR-96LA-1-SW的CCS低角度LED环形光。

近年来,视觉系统中常用的主要有基于CCD或CMOS两种芯片的相机，CCD与CMOS相机相比在图像传感器上具有较优的图像质量和灵活性；另外,CCD在灵敏度、信噪比及分辨率等方面均优于CMOS图像传感器，所以本发明采用CCD 相机。所述CCD相机采用大恒图像水星系列MER-125-30UC型号的彩色CCD工业数字相机；分辨率为1292H×964V(130万像素)。

所述光学镜头采用Computer M1214-MP2型号的百万像素系列光学镜头；其焦距为12mm,光阑系数F值为1.4。

所述图像采集卡一般由图像输入、模数(A/D)转换、总线接口与控制、时序及采集控制、图像处理和输出及控制6个模块组成；本发明所述图像采集卡为DH-VT140四路彩色图像采集卡。

本发明脱扣螺钉视觉定位系统软件包括上位机的监控界面和图像处理定位以及下位机PLC程序两部分。所述监控界面主要完成人机交互作用；图像处理定位完成对采集的脱扣螺钉图像预处理、边缘检测、中心点标定,同时还进行中心坐标提取等工作；下位机PLC程序负责伺服运动控制功能。

所述监控界面系统以研华工业计算机为平台,采用西门子组态软件WinCC 编程环境,画面组态标准化，程序设计模块化方法；主要实现系统管理、过程监控、信息记录及处理，生产数据采集和通讯调试等功能。

本发明PLC控制程序采用梯形图模块化编程,根据系统各部分所需完成的动作将主程序划分为不同功能子模块；程序模块主要完成：系统参数初始化、系统复位、断路器压紧合扣、通电测试、图像视觉定位、调整机构跟踪调整、测试计数及故障报警等；整个图像视觉定位流程如图2所示，图像视觉定位是整个程序模块中重要一环，主要对CCD相机捕捉的图像进行实时预处理与识别定位,完成双金属片上螺钉中心坐标获取，下位机PLC将上位机发送的坐标数据转换成脉冲信号控制X，Y两方向电机动作，调整机构随轴向移动平台移动对螺钉完成跟踪。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。