CN113849000A - 高压隔离开关镀银件镀层厚度自动检测系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压隔离开关镀银件镀层厚度自动检测系统的控制方法，涉及电力设备实验领域，在普通镀层厚度检测仪的基础上，通过图像处理技术、工件位置偏差自适应算法及视觉伺服等措施自动识别工件并精确调整工件到检测位置，通过自动识别按钮颜色变化来判断检测进程，并控制鼠标移动点击，自动识别镀层厚度信息并判断是否为残次品；镀层厚度自动检测系统可实现500次/小时的检测速度，单台检测效率较人工检测提高2倍以上，检测工人只需负责上、下工件和根据系统提示挑拣残次品即可，摆脱了枯燥的人工检测操作，大大降低了劳动强度，节约了人工成本。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备实验领域，具体地说是一种高压隔离开关镀银件镀层厚度自动检测系统的控制方法。
背景技术
高压隔离开关是电网中最重要的电力开关设备之一，在电网中发挥着举足轻重的作用。高压隔离开关的触头触指等镀银件是开关导电回路中的关键部件。镀银层厚度是高压隔离开关触头触指最重要的质量特性之一,国家电网的采购标准中规定隔离开关触头镀银层厚度不应低于20μm。隔离开关制造厂家为保证产品质量，采取每件触头触指都进行严格检测的方式以杜绝残次品流入市场。目前行业内的镀银层都是人工检测，效率较低，操作繁琐枯燥，自动化和智能化程度较低。由于大部分镀层厚度检测设备不开放网络接口，这对镀层厚度检测的自动化改造增加了难度。
发明内容
为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种高压隔离开关镀银件镀层厚度自动检测系统的控制方法，能够在镀层检测仪器不开放通讯接口和仪器自配摄像机内外参数未知且不方便标定的情况下，实现工件镀层厚度的自动检测，检测效率高，工人劳动强度小。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高压隔离开关镀银件镀层厚度自动检测系统的控制方法，通过如下步骤实现：
步骤S1：通过人机交互系统以及通讯系统对系统初始化、使PLC控制系统与上位机建立通讯连接；
步骤S2：伺服系统将排好工件的工装送到自带摄像机的镀层厚度检测仪的检测位置；
步骤S3：上位机上的软件对工件的位置进行视觉检测，并将位置偏差信息发送给PLC控制系统；
步骤S4：PLC控制系统接收到纠偏信息后，控制伺服系统对工件进行位置纠偏，使工件位于相机视野中心的检测位置；
步骤S5：上位机上的软件控制鼠标触发镀层厚度检测仪进行检测；
步骤S6：上位机识别镀层厚度检测仪软件按钮颜色变化后，识别检测结果数字，识别完成后发送镀银厚度数字信息给PLC控制系统；
步骤S7：PLC控制系统接收到上位机的镀银厚度数字信息后，根据镀银厚度阈值判断是否为镀银残缺件，如果为残缺件自动记录工件号并记录报警；
步骤S8：重复步骤S2-S7，如此循环，直到所有工件检测完成之后，将工件自动传送到下料位置，循环结束。
所述步骤S3中对于工件位置偏差的检测通过自适应检测算法实现，包括：
步骤S31：定义M'为摄像机成像区域内嵌于截屏图像内的摄像机内参数矩阵，其一般形式为：
式中su0与sv0为摄像机视野中心在截屏坐标系的坐标值，θ为摄相机视野图像坐标系在截屏图像坐标系内的旋转角，
f为摄像机镜头的焦距，单位是mm，dx为截屏图像下的x轴方向的像元大小，单位为mm，
dy为截屏图像下的y轴方向的像元大小，单位为mm；
此时，摄像机坐标系下景物点投影到截屏图像下的像素点之间的数学关系为：
其中，
步骤S32：当伺服系统皮带机传送方向与摄像机坐标系X轴平行时，定义摄像机成像区域内嵌于截屏图像内的摄像机参数矩阵M'的简化形式为：
此时，摄像机坐标系下景物点投影到截屏图像下的像素点之间的简化数学关系式为
步骤S33：建立系统的数学模型，并给出伺服系统皮带机坐标系内工件位置坐标与工件在截屏图像内的像素坐标关系的一般表达形式为
其中
为皮带机坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵，BP0为工件坐标系原点在皮带机坐标系内的坐标，BP1为摄像机坐标系原点在皮带机坐标系内的坐标；
步骤S34：当伺服系统皮带机传送方向与摄像机坐标系X轴平行时，皮带机坐标系内工件位置坐标与工件在截屏图像内的像素坐标关系的简化表达形式为：
步骤S35：伺服系统皮带机坐标系内工件位置距离相机视野中心位置的偏差的一般表达式为：
步骤S36：由上述得出，当伺服系统皮带机传送方向与摄像机坐标系X轴平行且αx＝αy＝α时，皮带机坐标系内工件偏差的简化自适应算法为：
其中，L为工件宽度，ul为工件成像边缘两直线间像素距离。
所述步骤S1中，上位机与PLC控制系统之间建立的通讯功能通过如下实现：
步骤S11：PLC通过TCP_CONNECT指令创建PLC到上位机的连接。
步骤S12：上位机利用WSAStartup函数初始化Ws2_32.dll动态链接库；
步骤S13：上位机利用socket函数来创建一个套接字；
步骤S14：上位机利用bind函数将套接字绑定到指定的端口和地址；
步骤S15：上位机利用listen函数将socket设置为监听模式；
步骤S16：上位机利用accept函数接收客户端的连接请求；
步骤S31：PLC通过TCP_SEND指令发送信息给上位机软件；
步骤S41：上位机利用recv函数从一个已连接的套接字接收数据；
步骤S61：上位机利用send函数发送数据给PLC。
所述步骤S6中镀层厚度数字信息的识别方法通过如下步骤实现：
步骤S62：控制上位机自动截屏，获取桌面图像并保存；
步骤S63：将截屏图像进行预处理；
步骤S64：识别镀层厚度检测仪软件按钮颜色变化以判断检测进程；
步骤S65：寻找检测结果区域数字外轮廓；
步骤S66：用数字识别算法将检测数字识别并排序。。
本发明在普通镀层厚度检测仪的基础上增加了PLC控制系统、伺服系统、通讯系统、人机交互系统和上位机，通过伺服系统实现对于工件的精确递送及位置纠偏，通过PLC控制系统实现对于伺服系统和上位机的控制，人机交互系统操作更加方便，自动化和智能化程度高；在控制方法上，通过图像处理技术、工件位置偏差自适应算法及视觉伺服等措施自动识别工件并精确调整工件到检测位置，通过自动识别按钮颜色变化来判断检测进程，并控制鼠标移动点击，自动识别镀层厚度信息并判断是否为残次品；镀层厚度自动检测系统可实现500次/小时的检测速度，单台检测效率较人工检测提高2倍以上，检测工人只需负责上、下工件和根据系统提示挑拣残次品即可，摆脱了枯燥的人工检测操作，大大降低了劳动强度，节约了人工成本。
附图说明
图1为本发明控制方法的流程图；
图2为本发明检测系统的结构原理示意图；
图3为本发明控制方法的PLC及上位机软件程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：
如图1所示，一种高压隔离开关镀银件镀层厚度自动检测系统的控制方法，通过如下步骤实现：
步骤S1：通过人机交互系统以及通讯系统对系统初始化、使PLC控制系统与上位机建立通讯连接；
步骤S2：伺服系统将排好工件的工装送到自带摄像机的镀层厚度检测仪的检测位置；
步骤S3：上位机上的软件对工件的位置进行视觉检测，并将位置偏差信息发送给PLC控制系统；
步骤S4：PLC控制系统接收到纠偏信息后，控制伺服系统对工件进行位置纠偏，使工件位于相机视野中心的检测位置；
步骤S5：上位机上的软件控制鼠标触发镀层厚度检测仪进行检测；
步骤S6：上位机识别镀层厚度检测仪软件按钮颜色变化后，识别检测结果数字，识别完成后发送镀银厚度数字信息给PLC控制系统；
步骤S7：PLC控制系统接收到上位机的镀银厚度数字信息后，根据镀银厚度阈值判断是否为镀银残缺件，如果为残缺件自动记录工件号并记录报警；
步骤S8：重复步骤S2-S7，如此循环，直到所有工件检测完成之后，将工件自动传送到下料位置，循环结束。
作为优选的方式，本实施例中，所述步骤S3中对于工件位置偏差的检测通过自适应检测算法实现，包括：
步骤S31：定义M'为摄像机成像区域内嵌于截屏图像内的摄像机内参数矩阵，其一般形式为：
式中su0与sv0为摄像机视野中心在截屏坐标系的坐标值，θ为摄相机视野图像坐标系在截屏图像坐标系内的旋转角，
f为摄像机镜头的焦距，单位是mm，dx为截屏图像下的x轴方向的像元大小，单位为mm，
dy为截屏图像下的y轴方向的像元大小，单位为mm；
此时，摄像机坐标系下景物点投影到截屏图像下的像素点之间的数学关系为：
其中，
步骤S32：当伺服系统皮带机传送方向与摄像机坐标系X轴平行时，定义摄像机成像区域内嵌于截屏图像内的摄像机参数矩阵M'的简化形式为：
此时，摄像机坐标系下景物点投影到截屏图像下的像素点之间的简化数学关系式为
步骤S33：建立系统的数学模型，并给出伺服系统皮带机坐标系内工件位置坐标与工件在截屏图像内的像素坐标关系的一般表达形式为
其中
为皮带机坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵，BP0为工件坐标系原点在皮带机坐标系内的坐标，BP1为摄像机坐标系原点在皮带机坐标系内的坐标；
步骤S34：当伺服系统皮带机传送方向与摄像机坐标系X轴平行时，皮带机坐标系内工件位置坐标与工件在截屏图像内的像素坐标关系的简化表达形式为：
步骤S35：伺服系统皮带机坐标系内工件位置距离相机视野中心位置的偏差的一般表达式为：
步骤S36：由上述得出，当伺服系统皮带机传送方向与摄像机坐标系X轴平行且αx＝αy＝α时，皮带机坐标系内工件偏差的简化自适应算法为：
其中，L为工件宽度，ul为工件成像边缘两直线间像素距离。
作为优选的方式，本实施例中，所述步骤S1中，上位机与PLC控制系统之间建立的通讯功能通过如下实现：
步骤S11：PLC通过TCP_CONNECT指令创建PLC到上位机的连接。
步骤S12：上位机利用WSAStartup函数初始化Ws2_32.dll动态链接库；
步骤S13：上位机利用socket函数来创建一个套接字；
步骤S14：上位机利用bind函数将套接字绑定到指定的端口和地址；
步骤S15：上位机利用listen函数将socket设置为监听模式；
步骤S16：上位机利用accept函数接收客户端的连接请求；
步骤S31：PLC通过TCP_SEND指令发送信息给上位机软件；
步骤S41：上位机利用recv函数从一个已连接的套接字接收数据；
步骤S61：上位机利用send函数发送数据给PLC。
作为优选的方式，本实施例中，所述步骤S6中镀层厚度数字信息的识别方法通过如下步骤实现：
步骤S62：控制上位机自动截屏，获取桌面图像并保存；
步骤S63：将截屏图像进行预处理；
步骤S64：识别镀层厚度检测仪软件按钮颜色变化以判断检测进程；
步骤S65：寻找检测结果区域数字外轮廓；
步骤S66：用数字识别算法将检测数字识别并排序。
如图2所示，根据本发明的方法，本实施例设计了一种高压隔离开关镀银件镀层厚度自动检测系统，包含有PLC控制系统1、伺服系统2、人机交互系统3、通讯系统4和上位机5，所述通讯系统4分别与上位机5、人机交互系统3和PLC控制系统1连接，所述PLC控制系统1与伺服系统2连接，所述伺服系统2设置于自带摄像机的镀层厚度检测仪上，所述上位机5控制所述镀层厚度检测仪工作，所述PLC控制系统1用于系统总控，通过通讯系统4控制上位机5进行镀银件镀层厚度检测，控制伺服系统2将相应工件精确递送至检测位置及位置纠偏，通过通讯系统4与人际交互系统3网络通讯，实现人机交互。
本实施例中，所述上位机5上加载控制软件，能够实现控制上位机自动截屏，利用图像处理程序识别并检测工件位置偏差以使工件位于相机视野中心的检测位置；识别按钮颜色以判断仪器检测进度；识别相关区域的数字以获取镀层检测信息；控制鼠标自动点击按钮以触发仪器检测。所述PLC控制系统1作为系统总控，通过发送相关指令，控制上位机5上的软件工作，控制伺服系统2的伺服电机，拖动皮带将相应工件精确递送至检测位置，通过人机交互系统3的触摸屏网络通信，实现人机交互。整个系统的操作中，操作人员只需要将待检测工件放置在检测仪器上，自动检测结束后挑拣处残次品即可，自动化和智能化程度高，工人劳动强度低。
如图3所示，在本发明控制方法中，所述PLC控制系统的控制流程具体如下：
纠偏流程：当PLC自动检测启动后，先根据当前工件的工件号判断是否需要位置偏差纠正(如每隔十个工件就纠正一次)。当系统判断需要纠偏时，给上位机软件发送纠偏命令，之后等待上位机发回纠偏信息。上位机收到纠偏命令后，控制系统截屏，并对摄像机视野区域进行图像处理，计算出当前工件的位置偏差并发送给PLC。PLC接到偏差信息后，控制伺服电机进给，实现工件位置纠偏。
镀银层检测流程：当工件位置纠偏完成或者当前工件无需纠偏时，PLC给上位机发送检测命令。上位机接收到检测命令后，控制鼠标依次点击镀银检测设备软件的“聚焦激光”和“GO”按钮并等待5秒。5秒钟后控制系统截屏并识别“GO”按钮的颜色。当按钮颜色为红色时，认为检测进行中，延时后重新截屏并判断。当截屏次数大于3时，诊断为检测设备故障并报警；当按钮变为绿色时，即判断为检测完成。此时识别截屏图像镀银厚度区域的数字，识别完成后发送给PLC。PLC接收到镀银厚度数据后，与镀银阈值比较，低于镀银阈值时，记录工件号为次品工件号后控制伺服皮带进给、工件号加1并启动下一个循环直到工件号大于设定工件数，循环停止。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种高压隔离开关镀银件镀层厚度自动检测系统的控制方法，其特征在于，通过如下步骤实现：
步骤S1：通过人机交互系统以及通讯系统对系统初始化、使PLC控制系统与上位机建立通讯连接；
步骤S2：伺服系统将排好工件的工装送到自带摄像机的镀层厚度检测仪的检测位置；
步骤S3：上位机上的软件对工件的位置进行视觉检测，并将位置偏差信息发送给PLC控制系统；
步骤S4：PLC控制系统接收到纠偏信息后，控制伺服系统对工件进行位置纠偏，使工件位于相机视野中心的检测位置；
步骤S5：上位机上的软件控制鼠标触发镀层厚度检测仪进行检测；
步骤S6：上位机识别镀层厚度检测仪软件按钮颜色变化后，识别检测结果数字，识别完成后发送镀银厚度数字信息给PLC控制系统；
步骤S7：PLC控制系统接收到上位机的镀银厚度数字信息后，根据镀银厚度阈值判断是否为镀银残缺件，如果为残缺件自动记录工件号并记录报警；
步骤S8：重复步骤S2-S7，如此循环，直到所有工件检测完成之后，将工件自动传送到下料位置，循环结束。
2.根据权利要求1所述的高压隔离开关镀银件镀层厚度自动检测系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中对于工件位置偏差的检测通过自适应检测算法实现，包括：
步骤S31：定义M'为摄像机成像区域内嵌于截屏图像内的摄像机内参数矩阵，其一般形式为：
式中su0与sv0为摄像机视野中心在截屏坐标系的坐标值，θ为摄相机视野图像坐标系在截屏图像坐标系内的旋转角，
f为摄像机镜头的焦距，单位是mm，dx为截屏图像下的x轴方向的像元大小，单位为mm，
dy为截屏图像下的y轴方向的像元大小，单位为mm；
此时，摄像机坐标系下景物点投影到截屏图像下的像素点之间的数学关系为：
其中，
步骤S32：当伺服系统皮带机传送方向与摄像机坐标系X轴平行时，定义摄像机成像区域内嵌于截屏图像内的摄像机参数矩阵M'的简化形式为：
此时，摄像机坐标系下景物点投影到截屏图像下的像素点之间的简化数学关系式为
步骤S33：建立系统的数学模型，并给出伺服系统皮带机坐标系内工件位置坐标与工件在截屏图像内的像素坐标关系的一般表达形式为
其中
为皮带机坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵，BP0为工件坐标系原点在皮带机坐标系内的坐标，BP1为摄像机坐标系原点在皮带机坐标系内的坐标；
步骤S34：当伺服系统皮带机传送方向与摄像机坐标系X轴平行时，皮带机坐标系内工件位置坐标与工件在截屏图像内的像素坐标关系的简化表达形式为：
步骤S35：伺服系统皮带机坐标系内工件位置距离相机视野中心位置的偏差的一般表达式为：
步骤S36：由上述得出，当伺服系统皮带机传送方向与摄像机坐标系X轴平行且αx＝αy＝α时，皮带机坐标系内工件偏差的简化自适应算法为：
其中，L为工件宽度，ul为工件成像边缘两直线间像素距离。
3.根据权利要求1所述的高压隔离开关镀银件镀层厚度自动检测系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，上位机与控制系统之间建立的通讯功能通过如下实现：
步骤S11：PLC通过TCP_CONNECT指令创建PLC到上位机的连接。
步骤S12：上位机利用WSAStartup函数初始化Ws2_32.dll动态链接库；
步骤S13：上位机利用socket函数来创建一个套接字；
步骤S14：上位机利用bind函数将套接字绑定到指定的端口和地址；
步骤S15：上位机利用listen函数将socket设置为监听模式；
步骤S16：上位机利用accept函数接收客户端的连接请求；
步骤S31：PLC通过TCP_SEND指令发送信息给上位机软件；
步骤S41：上位机利用recv函数从一个已连接的套接字接收数据；
步骤S61：上位机利用send函数发送数据给PLC。
4.根据权利要求1所述的高压隔离开关镀银件镀层厚度自动检测系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S6中镀层厚度数字信息的识别方法通过如下步骤实现：
步骤S62：控制上位机自动截屏，获取桌面图像并保存；
步骤S63：将截屏图像进行预处理；
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| CN113849000B (zh) | 2024-03-29 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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