COLLMANN2824輪胎檢測(cè)X光機(jī)U形探測(cè)器及硬件升級(jí)

孟爍，馬強(qiáng)，姜波

(樺林佳通輪胎有限公司，黑龍江 牡丹江 157400)

X光檢測(cè)機(jī)主要用于檢測(cè)輪胎的內(nèi)部缺陷。包括金屬在內(nèi)的各種雜質(zhì)、輪胎內(nèi)部氣泡、鋼絲松散以及合成橡膠等低密度材料所形成的不規(guī)則的形狀，例如輪胎的側(cè)壁、胎圈、胎冠、簾線、帶束層等各個(gè)部位的缺陷。本次改造是針對(duì)此問(wèn)題在原COLLMANN2824輪胎X光檢測(cè)設(shè)備基礎(chǔ)上，更換U形探測(cè)器及其相關(guān)機(jī)械安裝部件，更換工控機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡等硬件；另對(duì)COLLMANN2824原PLC程序進(jìn)行解析，解析PLC與工控機(jī)的OPC通訊內(nèi)容，再通過(guò)上位機(jī)軟件對(duì)必要的參數(shù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，實(shí)現(xiàn)新成像系統(tǒng)與原控制系統(tǒng)的兼容；通過(guò)改造可顯著的提高圖像的檢測(cè)效果，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

2個(gè)改造后設(shè)備成像系統(tǒng)的優(yōu)異性能：

（1）圖像自動(dòng)學(xué)習(xí)模式，對(duì)于胎冠和子口根據(jù)不同輪胎進(jìn)行對(duì)比度和亮度提升，提高整幅圖像的檢測(cè)質(zhì)量。

（2）系統(tǒng)可以本地保存所有輪胎的X射線圖像，并預(yù)留上傳圖像到工廠信息化系統(tǒng)的接口，為產(chǎn)品質(zhì)量的可追溯性提供了保證。

（3）探測(cè)器模擬輪胎外形設(shè)計(jì)，保證最大程度地契合輪胎，使得圖像無(wú)盲區(qū)掃描，比例更均勻。

（4）模塊化的傳感器前端單元設(shè)計(jì)，只需更換相應(yīng)單個(gè)故障模塊單元，大大降低維護(hù)成本。

（5）用戶通過(guò)圖像調(diào)整工具，可以在屏幕上分別調(diào)整不同區(qū)域的明暗度和對(duì)比度，使整個(gè)圖像更加清晰，易于觀察。

1 成像系統(tǒng)電氣改造：成像系統(tǒng)硬件構(gòu)成

1.1 成像系統(tǒng)主要構(gòu)成部件

（1）1套U形探測(cè)器（即U形成像板，美亞自主研發(fā)）

（2）1塊串口卡PCI-1601A

（3）1套工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組件

（4）1塊數(shù)據(jù)采集卡PIXCI CL1

（5）1塊開(kāi)關(guān)電源TX-1020G

（6）1套系統(tǒng)連接電纜

U形探測(cè)器由組裝盒體、內(nèi)部電路板、X光傳感器和相應(yīng)接口組成，主要完成圖像的采集、處理及傳輸功能。U形探測(cè)器外觀及接口如圖1所示。

圖1 U形探測(cè)器外觀

J3-COM：串行通訊接口；J1-PWR：電源接口；J2-Camerlink：圖像數(shù)據(jù)傳輸接口

1.2 U形探測(cè)器參數(shù)

3456像素分辨率、柵距0.4 mm、A/D轉(zhuǎn)換速率16bit、掃描速度為4～36 m/min；串口卡PCI-1601A主要完成通訊方式的轉(zhuǎn)換（PCI轉(zhuǎn)RS-422），以適合控制命令的遠(yuǎn)距離傳輸。工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要完成圖像數(shù)據(jù)的接收、成像顯示、打印、圖像保存管理、參數(shù)設(shè)置等功能，且工控機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)的方式完成與PLC間的通信。（配置：工業(yè)級(jí)主板： AIMB-501，CPU；I32130， 硬盤：1T，內(nèi)存：2G，工業(yè)級(jí)機(jī)箱：IPC-510，DVD-RW和正版XP Pro ）

數(shù)據(jù)采集卡PIXCI CL1為圖像數(shù)據(jù)的Camerlink接口處理板卡。

開(kāi)關(guān)電源TX1020G主要為U形探測(cè)器提供+6V、+8V和+12V的電源。

2 成像系統(tǒng)與PLC通信相關(guān)程序改造

依據(jù)原工控機(jī)的PC站組態(tài)數(shù)據(jù)，在替換的工控機(jī)上建立相同配置的OPC服務(wù)器，這樣可建立與原配置相同的以太網(wǎng)通訊硬件連接；其次，通過(guò)分析工控機(jī)與PLC通訊內(nèi)容，提取新成像系統(tǒng)所要用到的通訊數(shù)據(jù)，對(duì)影響PLC控制流程的通訊數(shù)據(jù)，按照原方式對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，這樣可建立與原通訊方式兼容的以太網(wǎng)通訊連接。通過(guò)以上處理，可使新的成像系統(tǒng)與原PLC系統(tǒng)融為一體，實(shí)現(xiàn)新成像系統(tǒng)的完全兼容替換。表1列出了部分通訊數(shù)據(jù)。

表1 以下列出部分通訊數(shù)據(jù)：

字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸中，DB*.DBW0、DB*.DBW2、DB*.DBW4、DB*.DBW6、DB*.DBW8、DB*.DBW66為與原成像系統(tǒng)使用的相關(guān)數(shù)據(jù)，因此成像系統(tǒng)的使用是無(wú)需獲取這些數(shù)據(jù)信息的。同時(shí)，PLC在對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時(shí)，只對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行寫(xiě)操作，因此在更換美亞U形成像系統(tǒng)后，這些數(shù)據(jù)可以保留不做任何更改，它們既不影響流程的正常運(yùn)行，也不影響成像系統(tǒng)的使用。而DB*.DBW60（Inspection Result）存儲(chǔ)的是檢測(cè)結(jié)果，它是通過(guò)判定按鈕輸入數(shù)據(jù)值的，因此這一數(shù)據(jù)是需保留使用的。其中合格判定DB*.DBW60=1，次品（保留）判定DB*.DBW60=2，不合格判定DB*.DBW60=3。

位數(shù)據(jù)的傳輸中，DB*.DBX11.0、DB*.DBX13.0為成像系統(tǒng)掃描圖像時(shí)使用，PLC程序僅對(duì)其進(jìn)行寫(xiě)操作，本身并不影響PLC的流程運(yùn)行，因此更換成像系統(tǒng)后，可保留DB*.DBX11原使用不做更改，保留DB*.DBX13. 0為美亞成像系統(tǒng)開(kāi)始掃描的標(biāo)識(shí)位。DB*.DBX123.0為PLC結(jié)束掃描標(biāo)識(shí)位，可為成像系統(tǒng)掃描結(jié)束標(biāo)識(shí)位使用。

3 成像系統(tǒng)機(jī)械改造

3.1 U形探測(cè)器機(jī)械安裝位置改造

為了使安裝方便，盡可能減少安裝結(jié)構(gòu)的改動(dòng)，保留原COLLMANN2824設(shè)備的探測(cè)器安裝支架，去除原設(shè)備的U形探測(cè)器和探測(cè)器安裝板。根據(jù)原設(shè)備的U形尺寸，定制一款U形探測(cè)器，其寬度尺寸接近原設(shè)備，高度尺寸略高于原設(shè)備，并根據(jù)原設(shè)備安裝支架開(kāi)孔位置重新設(shè)計(jì)探測(cè)器安裝板。

安裝板設(shè)計(jì)如圖2所示，其安裝板槽型孔的相對(duì)位置保持與原設(shè)備內(nèi)側(cè)4個(gè)孔一致。

圖2 探測(cè)器安裝示意圖

由于替換前后探測(cè)器的厚度尺寸并不一致，而且替換前后探測(cè)器的射線接收窗口位置也有所改變，因此需要通過(guò)螺帽、螺栓調(diào)節(jié)方式（圖3），并借助校準(zhǔn)工裝在垂直方向上調(diào)節(jié)探測(cè)器前后位置，以確保射線發(fā)射扇面與射線接收窗口可以保持在同一平面。

圖3 螺帽、螺栓調(diào)節(jié)示意圖

3.2 U形探測(cè)器本體機(jī)械尺寸改造

由于U形探測(cè)器更換前后寬度基本保持一致，但高度略有差異，因此改造后的U形探測(cè)器上下運(yùn)動(dòng)定位問(wèn)題需要考慮。假設(shè)COLLMANN2824使用的探測(cè)器高度為X，美亞自主研發(fā)的探測(cè)器高度為Y，探測(cè)器下端面與射線管相對(duì)位置為Z，同時(shí)由于美亞探測(cè)器高度高于COLLMANN2824使用的探測(cè)器，則其高度差為Y-X。通過(guò)更改探測(cè)器的機(jī)械安裝高度，把美亞探測(cè)器的安裝高度上移Y-X的值，則更換前后探測(cè)器的下端面實(shí)際高度沒(méi)有發(fā)生變化，即與射線管的相對(duì)位置Z值是保持不變的（圖4）。同時(shí)，U形探測(cè)器的定位主要是參考它與射線管的相對(duì)位置，因此通過(guò)更改機(jī)械安裝高度的方式，使得探測(cè)器的定位可以與原設(shè)備保持一致（圖5）。

圖4 探測(cè)器與射線管相對(duì)位置示意圖

圖5 探測(cè)器上移安裝示意圖

上述定位方式，使得U形探測(cè)器中每個(gè)子傳感器相對(duì)射線管的垂直位置發(fā)生改變，因此各通道的實(shí)際成像比例發(fā)生改變，但是在成像系統(tǒng)的軟件中，完全可以根據(jù)需求更改成像比例，以達(dá)到成像效果。

4 成像系統(tǒng)軟件說(shuō)明

4.1 概述

利用研華標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)計(jì)算機(jī)采集U形探測(cè)器圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)各類圖像處理算法，將輪胎的左右胎側(cè)、胎冠實(shí)時(shí)顯示在一臺(tái)24寸液晶顯示器上，顯示完畢后保存圖像。操作系統(tǒng)為Windows 7 專業(yè)版。

4.2 界面總體布局說(shuō)明

軟件分為兩種顯示界面，窗口顯示模式（圖6）及DirectX全屏圖像顯示模式（圖7）。全屏模式用于工作時(shí)正常檢測(cè)用，在參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)性能測(cè)試等方面則需要在窗口顯示模式下進(jìn)行，窗口模式下可以對(duì)圖像效果進(jìn)行實(shí)時(shí)設(shè)置，可以查看傳感器實(shí)時(shí)波形顯示。

圖6 窗口顯示模式

圖7 DirectX全屏圖像顯示模式

4.3 多種圖像清晰度增強(qiáng)功能

針對(duì)輪胎圖像特征，美亞輪胎檢測(cè)系統(tǒng)軟件提供智能化圖像清晰度自動(dòng)調(diào)整功能（圖8和圖9），充分滿足輪胎檢測(cè)需求。

圖8 全鋼輪胎原圖像

圖9 全鋼輪胎處理圖像

4.4 輪胎缺陷尺寸在線測(cè)量

軟件支持在線圖像測(cè)量功能（圖10），能夠在圖像上通過(guò)兩點(diǎn)距離，直接測(cè)量各個(gè)缺陷實(shí)際尺寸（需對(duì)不同規(guī)格的輪胎進(jìn)行標(biāo)定，以確定放大比例），在胎冠部位測(cè)量精度達(dá)到1 mm以內(nèi)。

圖10 在線測(cè)量

4.5 標(biāo)尺

軟件提供標(biāo)尺檢測(cè)功能（圖11），通過(guò)一組標(biāo)尺直觀測(cè)量輪胎對(duì)稱性以及各個(gè)部位實(shí)際尺寸。

4.6 多方位圖像打印

該軟件設(shè)計(jì)了輪胎圖像的打印功能，此功能分為整體打印和局部打印。通過(guò)整體打印功能，可以直觀的了解整個(gè)輪胎的信息，通過(guò)局部打印主要是對(duì)輪胎各部位的缺陷進(jìn)行提取打印分析。

圖11 標(biāo)尺校對(duì)

4.7 人工檢測(cè)工作量統(tǒng)計(jì)功能

如前圖11左側(cè)部位所示，綠色字體標(biāo)示了班次具體情況，分別為早班、中班和晚班不同班次下的輪胎檢測(cè)的數(shù)量情況，從而可以直觀的統(tǒng)計(jì)出不同班次中檢測(cè)流程情況。其中早班、中班和晚班的班次起始時(shí)間可以根據(jù)工廠規(guī)定自動(dòng)設(shè)定時(shí)段，有助于工廠在生產(chǎn)流程中執(zhí)行夏季工作時(shí)間和冬季工作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)更便利和人性化的管理。

4.8 圖像缺陷追溯功能

為了滿足用戶檢測(cè)質(zhì)量控制，提高輪胎缺陷的可追溯能力，軟件提供了全方位圖像管理功能。不僅在本機(jī)可以保存1年以上的所有檢測(cè)輪胎圖像，還可以通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程圖像實(shí)時(shí)備份，方便管理人員進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)管理和后續(xù)分析。

4.9 檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳

工控機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)接口與前端自動(dòng)運(yùn)輸線進(jìn)行通訊，上傳檢測(cè)條碼信息及每個(gè)品號(hào)檢測(cè)條數(shù)統(tǒng)計(jì)等。實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)與條碼匹配，檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上工廠ERP數(shù)據(jù)庫(kù)。上位機(jī)作為設(shè)備與服務(wù)器的接口，接口點(diǎn)是計(jì)算機(jī)的以太網(wǎng)口，傳送方式：計(jì)算機(jī)做文件傳輸協(xié)議（FTP）服務(wù)器或共享。

5 改造項(xiàng)目硬件配置要求

改造項(xiàng)目硬件配置參照表2。

6 實(shí)施效果

設(shè)備經(jīng)過(guò)改造后， X光檢測(cè)機(jī)實(shí)現(xiàn)了圖像缺陷追溯功能、輪胎缺陷尺寸在線測(cè)量、數(shù)據(jù)上傳、標(biāo)尺、人工檢測(cè)工作量統(tǒng)計(jì)功能等。

表2 相關(guān)備配置表