05轨道梁表面裂纹及缺陷检测系统操作维护手册.docx
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05轨道梁表面裂纹及缺陷检测系统操作维护手册
轨道梁表面缺陷检测系统
操作及维护手册
重庆大学光电工程学院
二零一零年十二月
一、概述
本手册详细说明轨道梁表面缺陷检测系统的操作与维护方法。
设备操作人员可通过本手册全面了解并正常使用本系统,同时处理一般的使用故障;设备维护人员可以通过本手册得到关于系统维护、检查、修理等方面的全面指导。
二、系统简介
轨道梁轨道梁表面缺陷检测系统由硬件设备及软件两大部分组成,现分别介绍如下:
2.1硬件设备
硬件设备主要包括:
线阵CCD相机,图像采集卡,LED线形光源,接近开关,光电编码器,磁盘阵列及机械支架等。
主要硬件组成框图如下,
图2.1主要硬件组成框图
1.线阵CCD相机
线阵CCD相机有3台,配有35mm定焦F口镜头。
1台为BASLERL803K,用于扫描轨道梁正面,分辨率为8160。
另外两台为E2VSM2CL4010,分别用于扫描轨道梁左右两个侧面,分辨率为4096。
相机用12V直流电源供电,电源线接口为6针;通过CameraLink线与图像采集卡连接。
CCD相机是图像采集系统中最为核心和贵重的设备。
2.图像采集卡
图像采集卡的作用有接收来自数字相机的高速数据流,并通过PC总线将数据高速传输至计算机的存储设备;给相机提供控制信号,实现对相机的各项功能的配置。
图像采集卡在图像采集系统中的地位仅次于相机。
本系统的图像采集卡有2张,安装在工控机内。
一张为EURESYSEXPRESS,与正面相机相连,总线类型是PCI-E;另一张为EURESYSEXPERT2,与两台侧面相机相连,总线类型是PCI。
3.LED线形光源
光源是机器视觉系统中很关键的部分,直接影响到图像的质量。
本系统采用3根LED线形光源分别为正面、左侧、右侧相机提供照明。
光源采用专用的直流电源供电,电压0~24V可调。
正面光源单独使用一个电源,侧面两个光源共用一个电源。
4.光电编码器
光电编码器固定在巡检车行程轮上,行程轮每转过一个固定的角度,光电编码器就产生一个脉冲信号,采集卡接收到次脉冲信号就控制线阵相机曝光一次,使相机能够等间距的采样,从而使采集的图像分辨率在扫描方向(纵向)上保持均匀。
本系统中编码器A相和B相两个输出分别与两个图像采集卡的相应接口相连。
5.接近开关
接近开关用于检测金属指形板,安装在巡检车底部,与梁面保持8cm左右的距离。
当接近开关下方无金属物体时,输出为低电平,当下方出现金属指形板时,输出为高电平。
通过图像采集卡读取接近开关的信号就可判断是否经过指形板,进而推断出当前所在的轨道梁。
6.磁盘阵列
本系统所用的3台相机平均每秒共采集160MB的图像数据,普通硬盘的写入速度远远无法达到要求。
由阵列卡和若干块硬盘组成的磁盘阵列,平均写入速度能达到200MB/s,能够满足数据高速存储的需要。
磁盘阵列安装在工控机内。
7.机械支架
机械支架用于固定相机、光源和接近开关等设备。
这些设备的位置、角度能够通过支架进行调整。
2.2软件
软件包括图像采集软件和图像分析软件。
1.轨道梁表面线扫描图像采集软件
图2.2采集软件操作界面
该软件的主要功能有:
1)设置相机和图像采集卡的各种参数,使其正常工作。
2)将采集到的图像数据通过多线程程序高速存储到磁盘阵列中。
3)实时显示三台相机拍摄的图像。
4)将图像名称、采集时间、对应的轨道梁梁号等信息写入数据库。
5)显示巡检车车速、检测位置等信息。
2.轨道梁表面图像分析软件
该软件的主要功能有:
1)对图像进行处理,检测出轨道梁表面的缺陷,计算它们的尺寸和位置,并对其进行分类。
2)将检测结果写入数据库
3)通过数据库查询所采集的图像信息并显示图像。
4)通过数据库查询检测到的裂纹和缺陷并显示。
图2.3分析软件操作界面
三、操作说明
3.1工作人员配置
牵引车司机:
1人,负责牵引车驾驶,根据工程车记录人员要求驾驶工程车到指定位置;
工程车记录人员:
1人,负责通知司机当天待测轨道梁路段,并记录检测情况;
图像采集系统操作人员:
2人,负责检查调整相机、光源的位置和姿态,操作图像采集软件。
图像离线分析系统操作人员:
1人,操作图像分析软件进行全自动或人工辅助的图像分析
3.2工作前的准备
工作人员进入巡检车,在巡检车上线之前,首先应完成以下工作:
1.检查各种线路连接是否正常。
包括相机电源线、相机数据线、光电编码器信号线、接近开关信号线、光源电源线。
2.打开相机镜头盖,检查镜头光圈及对焦环位置是否正确。
3.检查光源支架转轴是否固定紧。
若出现松动需重新调整光源角度。
方法为,打开采集软件,设置相机工作方式为自由运行模式(free-run),一人观察图像,一人缓缓调整光源位置和角度,直到图像亮度达到最大并且左右亮度均匀,保持该位置不变,拧紧螺钉固定光源位置。
侧面相机光源的角度调整好后,需要在转轴处加紧钉螺钉固定。
3.3图像采集工作说明
1.接通相机和光源电源,调整光源亮度。
2.打开图像采集软件,成功登录后显示如下界面。
图3.1采集软件操作界面
3.启动图像采集工作前首先检查相机参数设置是否正确。
相机参数和成像质量、图像分辨率等紧密相关,必须认真设定。
相机参数设置分为正面相机(走行面)和侧面相机设置。
点击“相机参数设置”按钮弹出相机参数设置对话框。
(a)
(b)
图3.2正面相机参数设置
正面相机可以设置相机增益、曝光时间、曝光周期和曝光模式。
增益越大,则图像亮度越高,图像中噪声也越大,增益越小,则图像亮度越低,图像中噪声也减少。
正面相机增益在0~20间可调,推荐值为16。
曝光模式有两种,一是“Free-run,programmable”(内触发自由运行),如图3.2(a)所示,此模式下相机以固定的曝光周期曝光,仅用于测试工作。
二是“ExSync,level-controlled”(外同步触发),如图3.2(b)所示。
此模式下相机曝光由光电编码器的脉冲信号控制,检测车每前进固定的距离相机就曝光一次。
外触发模式为正常工作状态下应选模式。
曝光周期和曝光时间的单位都为us。
曝光周期是两次曝光的相隔时间,仅在曝光模式设置为“Free-run”(内触发自由运行)时有效。
曝光时间越长图像亮度越高,在内触发模式下,曝光时间必须小于曝光周期,且必须大于相机最大采样速率的倒数(本系统要求曝光时间大于71),如设置值超出允许范围程序将弹出提示对话框;在外触发模式也就是相机实际工作状态下,曝光时间值和曝光周期由程序自动设定到合理值,不需要操作人员设置。
这种设计是为了避免了操作人员误操作导致所采集图像的分辨率等指标不合要求。
如果要修改外触发模式下的曝光时间和曝光周期,技术人员可以在程序安装目录下的“CameraBalser.ini”文件中找到对应的“balser_exptime”和“balser_lineperiod”两个参数修改。
曝光时间推荐值为80~90,曝光周期推荐值为100。
(a)
(b)
图3.3侧面相机参数设置
侧面相机可以设置相机增益、曝光时间和曝光模式。
侧面相机增益可调范围是-65~811,推荐值为200。
曝光模式同样分为内触发和外触发,内触发用于测试,外触发用于正常工作。
内触发模式下,侧面相机的曝光周期由相机自动设定为曝光时间延长2us,无需操作人员设置。
正常工作状态下,曝光时间推荐值为80~90(单位为us)。
4.如图3.4(a)所示,在“初始路段”和“初始梁号”下拉框中分别选择第一榀要检测的轨道梁所处的路段及其梁号,在“检测线路”和“检测方向”中,分别选择要检测的线路和巡检车行使方向。
以上参数若没有设置将不能启动采集工作,此时弹出提示对话框,如图3.4(b)所示。
在采集工作启动后,采集程序将以这四个参数为基准,结合接近开关传递的信息计算图像所对应梁面的位置,所以这四项参数务必设置正确。
(a)
(b)
图3.4初始检测位置及检测方向设置
5.车辆启动后点击“启动检测”按钮,此时相机、图像采集卡等硬件开始进入正式工作状态,即图像采集系统开始正式工作。
三台相机所采集的图像会在三个图像显示窗口中动态显示。
在图像采集状态下,相机参数设置、初始梁号、初始路段、检测线路、检测方向等参数设置控件都将变为不可用状态。
如图3.5所示。
图3.5启动检测后的界面
观察图像亮度、分辨率是否正常。
如出现异常,检查软件参数设置是否正确,如有必要,停止检测后退出系统,返回工作前的准备工作。
注意点击“启动检测”后,“启动检测”和“退出系统”按钮都变为不可用状态,如图3.6(b)所示,“停止检测”由不可用变为可用状态,先点击“停止检测”按钮后恢复到图3.6(a)的状态,之后才能点击“退出系统”关闭软件,结束采集工作。
这种操作方式是为了防止重复启动或强行退出系统引起错误。
(a)
(b)
图3.6启动、停止、退出按钮
6.图像采集系统开始正式工作后,常用的工作状态将在“运行状态”栏中显示,如图3.7所示。
这些状态信息分为“全局”、“正面相机”、“左侧底部相机”和“右侧底部相机”四组。
进行图像采集工作时需密切监视状态信息。
1)核对软件显示的“当前路段”和“当前梁号”信息是否与实际相符。
如不符合,原因可能是初始位置和检测方向设置错误,或是用于检测指形板的接近开关没有正常工作。
接近开关正常工作时,“开关状态”在检测车经过轨道梁间的金属指形板时瞬间显示“WENTHIGH(上升)”-“HIGH高”-“WENTLOW下降”-“LOW(低)”,其他大部分时间都保持“LOW”不变。
如果接近开关工作不正常,应结束采集工作,待技术人员解决问题后再继续图像采集;如果接近开关工作正常,点“停止检测”暂停采集工作,记录实际梁号并重新设置梁号信息即可继续图像采集工作。
图3.7运行状态显示区域
2)注意观察车速(检测速度),车速应保持在1m/s或略低。
当车速过于接近最大限制速度,将出现车速过快的警告,提醒牵引车司机不要加速,如图3.8(a)所示。
当车速大于最大限制速度,将出现超速警告,如图3.8(b)所示,此时应通知牵引车停车,并点“停止检测”按钮暂停采集。
然后将监测车退回到出现警告时所在轨道梁的前一榀梁重新开始采集。
(a)
(b)
图3.8车速警告显示
3)三台相机的运行状态信息主要是用来判断是否有数据丢失的情况发生。
正常情况下“采集的缓冲数”与“保存的缓冲数”应相等,否则说明数据发生丢失。
这种故障发生的几率很小,一旦发生需结束采集工作,交由技术人员处理。
7.采集完计划中所有的轨道梁表面图像后,点击“停止检测”按钮,然后再点击“退出系统”结束采集工作。
3.4图像分析软件使用说明
软件提供了图像查询、数据分析、缺陷查询三大功能。
打开图像分析软件后点击界面上端的“功能选择”按钮选择相应的功能。
图3.9功能选择按钮
图像采集系统将一榀轨道梁的图像作为一个“img”文件保存,走形面图像的一个文件的大小通常在1.8G左右,侧面图像的一个文件的大小通常在0.9G左右,数据量很大。
因此在图像显示和图像分析中都将这些文件分块处理。
1.图像查询
该模块使操作人员能够方便的查看已采集的各幅图像。
点击“图像查询”按钮,出现图像查询界面。
图3.10图像查询初始界面
左上方以列表的方式显示了所有采集图像的路段和梁号,如图3.11所示。
图3.11图像选择树状表
双击梁号或点击梁号左面的“+”,下一级目录出现图像采集的日期,双击该日期,右侧三个窗口就分别显示该轨道梁走形面、左侧、右侧三个表面的图像。
在“图像显示控制”面板中可以控制图像显示方式。
显示方式分为自动和手动。
若选择自动显示方式,点开始后,图像就自动滚动显示,直至图像末尾;选择手动显示方式,每点击一下箭头,图像就相应向上或向下移动一段。
图3.12图像显示控制面板
例如点击展开路段“09曾家岩车站”,然后展开梁号“Z105-03”,双击图像采集的日期“3/10/2010”,点击3次“前进”按钮,将出现图3.13所示界面。
图3.13图像显示窗口
在图像上双击,可弹出新的窗口显示图像,窗口和放大比例可调,便于仔细观察图像,如图3.14所示:
(a)
(b)
图3.14图像显示窗口
菜单栏上的按钮从左到右依次为“退出”、“拖动”、“局部放大”、“图像缩放”、“图像调整”、“窗口调整”、“保存图像”。
图像调整可以选择图像铺满窗口还是以实际比例显示。
点击保存图像将显示文件保存对话框,可以将当前窗口中的图像另存为BMP格式。
图像显示窗口的状态栏左侧实时显示当前鼠标位置处对应的图像坐标。
2.数据分析
点击“数据分析”按钮,显示数据分析界面。
图3.15数据分析初始界面
图像分析提供了灵活的分析方式,用户可在图3.16所示的“数据分析控制”面板中选择。
数据分析也分为手动和自动两种方式。
选“手动方式”,软件仅对当前显示的图像区域进行分析;选“自动方式”,软件将从当前显示的图像区域开始连续分析,分析完一块区域后自动分析下一块区域,直到对整幅图像处理完毕;若选择自动方式的同时选择了“全部梁面分析”,则对一幅图像分析完后将自动分析下一幅图像;若同时选择了“单榀图像分析”,对该幅图像分析完毕后,分析过程将自动停止。
该软件还可对要检测的缺陷类型进行筛选,可选择全部缺陷、缺损缺陷、裂纹或龟裂。
图3.16图像分析方式选择
点击“开始”按钮开始图像分析过程,点“停止”按钮可中止图像分析过程。
每检测完一块图像,检测到的缺陷用红色在原图中突出显示,并用红色矩形框框出,同时显示的还有缺陷的类型和尺寸等主要信息。
检测的详细结果,包括路段、梁号、位置、检测日期、缺陷编号、缺陷类型、缺陷尺寸等等将保存到数据库中,通过“缺陷查询”功能可以方便的查询到缺陷的详细信息。
图3.17图像分析结果
上图中显示的是对“09曾家岩车站”路段中的”Z105-03”号轨道梁上的一块区域的检测结果。
在走行面上检测到一条宽21像素的裂纹,在左侧底面上检测到一条宽13个像素的裂纹,右侧底面没有检测到裂纹。
3缺陷查询
点击“缺陷查询”按钮,显示缺陷查询界面。
图3.18缺陷查询初始界面
在“缺陷位置”中选择轨道梁的正面、左面或侧面,在该表面检测出的缺陷的数据库信息就以列表的方式显示出来。
该表中缺陷类型的“1”,“2”,“3”分别对应裂纹、龟裂和缺损。
双击其中一条信息,右侧对应的窗口就显示出该缺陷。
缺陷以红色突出显示,并用红色矩形框圈出。
缺陷的数目、尺寸也在图像窗口的上部同步显示。
图3.19缺陷显示界面
底部状态栏显示该图像的路段、梁号和采集的日期。
在缺陷信息中显示缺陷类型、检测到缺陷的日期、缺陷等级和缺陷位置。
缺陷等级根据缺陷的类型和尺寸划分,分为轻微、中等、严重。
缺陷位置是缺陷的外接矩形中心到轨道梁前端的距离。
(a)
(b)
图3.20缺陷显示
缺陷查询模块还提供了“报表导出”和“报表打印”功能。
报表导出可将数据库中的缺陷信息转化为EXCEL表格。
点击“报表导出”按钮,弹出保存文件对话框,选择保存路径,并输入保存的文件名,最后点击“保存”按钮进行保存。
点击“报表打印”按钮,缺陷信息表格将通过打印机直接打印出来。
四、日常维护与故障处理
4.1相机的维护和故障处理
相机长时间不用时应断掉电源,防止过热烧毁。
采集结束后要盖好镜头盖和相机盒盖。
注意防雨防潮,并避免硬物撞击。
插拔数据线和电源线不可带电操作。
清洁镜头只可用气刷吹,不可用手或纸擦拭。
若接通电源线后相机指示灯不亮,应先检查直流电源是否正常。
若直流电源正常则应联系厂家处理。
镜头上的对焦环偏离设定位置将导致图像模糊;光圈档位设置错误将导致图像过亮或过暗。
采集图像时出现上述问题应先检查镜头上的对焦环和光圈。
4.2光源的维护和故障处理
LED光源最大工作电压为24V,实际使用时为延长其寿命,电压应在23V以下。
光源电源线较长,避免挤压、划伤和剧烈弯折。
长时间不用时应把电源输出电压调小或将电源关闭。
注意防雨防潮和剧烈撞击。
采集图像前,应预先调整好光源位置和照射角度,使线阵相机的扫描线位于光源照亮区域的中间。
否则,图像将出现横向上亮度不均或整体偏暗的问题。
当光源电源的输出含有超标的交流成分时,图像上将出现明显的有规律的横向条纹,此时应联系光源厂家处理。
4.3各种数据线的维护和故障处理
数据线要按接线图正确连接,接头要插牢。
接线或拔线都禁止带电操作。
线路出现破损应先停止使用,由技术人员检查处理。
4.4机械支架的维护和故障处理
巡检车行驶前,要检查支架上的螺丝螺母是否拧紧,是否有脱落。
安装或拆卸支架时,都要首先确保相机、光源、数据线等设备的安全。
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