基于LabVIEW的试验筛自动校准系统

　　试验筛是符合某项标准规范的用于对颗粒物料作筛分粒度分析的筛具。在许多行业中，粒度控制是极其重要的产品质量要素。如在地质勘探、冶金、化工、建材、磨料等行业进行的粒度分析和筛分试验，其粒度的控制直接影响最后的质量或勘测结果。在科研设计中，对所处理的原料及所生产的产品粒度组成是重要的设计计算数据。因此，试验筛在国民经济中对生产、科研、设计都具有重要的意义。目前，国内在校准试验筛筛孔时普遍采用的方法是用万能工具显微镜目测。校准时如果筛孔小于 20 个，要求对所有筛孔进行测量; 如果筛孔超过 20 个，测量最大尺寸偏差时要在整个筛面上严格观察所有单个网孔，对过大尺寸进行测量。对于筛孔的平均尺寸偏差和平均丝径进行测量时，至少要选择两个取样部位，每个部位分别在径向和纬向上选取 10 个连续筛孔进行测量[1]。这样，测量筛孔尺寸时就非常费时，劳动强度非常大，工作效率极低，并且碰到万能工具显微镜精度不能满足测量要求时就会束手无策。虽然国外的试验筛测量设备可以满足测量要求，但是其价格昂贵，通常不支持二次开发，用户无法根据自己的需要扩展系统的功能和用途。因此，开发一套试验筛自动校准系统对我国试验筛测量技术的发展具有重要的意义。

　　机器视觉作为一种检测手段己经越来越引起人们的重视，在汽车、航天、电子验证、食品药品、医疗、半导体与太阳能等领域都有着广泛的应用。机器视觉检测综合地运用图像处理、精密测量以及模式识别、人工智能等技术的非接触检测方法[2]，其最大优点是与被观测对象无接触，因此对观测与被观测者都不会产生任何伤害，安全可靠，这是其他测量方式无法比拟的。另外，机器视觉方式所能检测的对象十分广泛，理论上人眼观测不到的范围机器视觉都可以观测。本系统就是基于 LabVIEW 的机器视觉技术、利用虚拟仪器开发平台组建现代化的试验筛自动校准系统。本系统可大大提升对试验筛测量的精度，提高工作效率，完全实现试验筛筛孔的自动化测量。

　　1 系统构成及工作原理

　　1. 1 系统构成

　　系统整体示意图如图 1 所示。系统主要包括测量工作台、CCD 工业相机、光源、光学镜头、图像采集卡、LabVIEW 软件工具包等几个部分。

　　( 1) NI 智能相机。NI 1744 智能相机由 533MHz PowerPC 处理器供电，是机器视觉的实时目标。优质的 Sony CCD 图象传感器可以采集单色 SXGA( 1280 ×1024) 高分辨率图像。摄像头 I/O 包含: 2路光学隔离的数字输入、2 路光学隔离的数字输出、1 个 RS232 串口、2 个千兆以太网端口。NI 1744 还具有正交编码器支持; 同时，其直接驱动式照明控制器可驱动电流控制的电灯，具有高达 500mA 连续驱动或 1 A 闪烁驱动能力。 ( 2) 光源。光源是拍摄一幅好图片的重要因素，它直接影响输入图像数据的质量。由于不同视觉系统往往对光源有不同的要求，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。光照微小的变化都可以引起图像的差异。作为 CCD 照明光源主要有普通白炽灯、激光光源、发光二极管。本系统采用红色LED 环形光源，可以提供不同照射角度，保证视场有足够的照度，结构紧凑节省安装空间。 ( 3) 光学镜头。被测物的图像通过一个透镜聚焦在敏感元件上，如同照相机拍照一样。机器视觉系统使用传感器来捕捉图像传感器将可视图像转化为电信号，便于计算机处理。视觉系统对镜头的选择可以根据实际需要，由被拍摄对象的大小、特点及放大倍率等参数进行选择。本系统采用日本 VS - LD50 系列镜头，光学倍数 0. 1 × 、0. 15 × 、0. 2 × 、0. 25 × ，视角 2 /3″、1 /2″及 1 /3″，工作距离 213 ～503mm。根据实际测量要求选用 110mm 衬圈。( 4) 图像采集卡。图像采集卡的主要功能是把像机的模拟视频信号转换成为离散的数字量。图像采集卡的基本原理为从像机输出的各种制式的视频输出信号，经过输入选择模块处理后，形成能被图像采集卡识别的视频信号。模拟视频信号经过转换后，存储在卡上的帧缓存存储器内，由计算机 CPU 通过计算机总线控制具体的图像传递，最终存储在计算机的内存或硬盘中，用于图像处理。NI1744 智能相机中集成了图像采集卡，这使得设计更加快速，并且增加了系统工作的灵活性、适应性和可靠性[3]。( 5) 工作台。在试验筛的筛孔测量中，工作台对测量结果的影响很大。由于对测量精度要求很高，所以本系统工作台设计得坚固、稳定，能够进行二维的可逆运动并且带有微调定位结构。( 6) LabVIEW 软件工具包。本系统利用虚拟开发平台进行设计，采用LabVIEW 的 RT 工具包及 NI 视觉开发模块， 它是包含数百个科学成像与机器视觉函数的综合库，可以用于使用 NI LabVIEW 软件和多种基于文本的语言进行编程。使用其他 LabVIEW 模块和包含这个选项的工具包，建立更容易定制的应用程序。利用NI 智能相机结合视觉开发模块就能方便、 快捷地创建个性化的自动测量系统。