基于视觉引导的电连接器接触件保持力检测系统.pdf
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1、 仪 表 技 术 与 传 感 器Instrument Technique and Sensor2023 年第 8 期基金项目:上海市科技攻关计划项目(YDZX20223100004005);中国商飞创新基金(COMAC-SFGS-2019-4244)收稿日期:2023-02-14基于视觉引导的电连接器接触件保持力检测系统韩俊文1,杨昊博1,周炜博1,朱文硕1,梁军生1,2(1.大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室,辽宁大连 116024;2.大连理工大学精密与特种加工技术教育部重点实验室,辽宁大连 116024)摘要:针对航空电连接器接触件保持力人工测量劳动强度大、效率低,而且会出现误
2、检、漏检的问题,设计了一套基于视觉引导的电连接器接触件保持力检测系统。采用视觉系统对航空电连接器进行拍照,对采集到的图片进行图像滤波,阈值处理、圆形拟合、边缘检测等处理得到接触件的位置信息和编号。结合 QT 和 OpenCV 软件设计,实现了人机交互和检测结果的可视化。分别采用插针和插孔用于试验,试验结果显示接触件孔位识别坐标与真实坐标距离检测精度优于 0.1 mm,编号匹配结果与实际编号一致,可以满足保持力自动化检测的需求。关键词:航空电连接器;接触件;机器视觉;轮廓查找;Sobel 算子中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2023)08-0056-05De
3、tecting System of Contact Retention Forceof Electrical Connector Based on Visual GuidanceHAN Junwen1,YANG haobo1,ZHOU Weibo1,ZHU Wenshuo1,LIANG Junsheng1,2(1.Key Laboratory for Micro/Nano Technology and System of Liaoning Province,Dalian University of Technology,Dalian116024,China;2.Key Laboratory f
4、or Precision and Non-traditional Machining Technology of Ministry of Education,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China)Abstract:Aiming at the problem of high labor intensity and low efficiency of manual measurement of contact force of avion-ics connectors,and the problem of false detecti
5、on and leakage,a detecting system of contact retention force of electrical connector based on visual guidance was designed.The vision system was used to take pictures of the avionics connectors,and the collected pictures were processed by image filtering,threshold processing,circle fitting and edge
6、detection to get the position information and number of the contact parts.Combined with QT and OpenCV software design,human-computer interaction and visualization of inspection results were achieved.The pins and jacks were used for the test respectively,and the test results show that the detec-tion
7、accuracy of the distance between the identification coordinates of the contact hole and the real coordinates is better than 0.1 mm,and the number matching result is consistent with the actual number,which can meet the demand of automatic detection of retention force.Keywords:avionics connector;conta
8、ct;machine vision;contour search;Sobel operator0 引言电连接器是一种用于电信号连接的器件,通过内部接触件的接触状态实现电信号的连接或者断开,广泛应用于航空航天、船舶以及轨道交通等领域1-4。在电连接器工作过程中,经常由于退针、缩针所造成的接触件接触不良而产生失效。而接触件保持力不足则是造成退针、缩针的直接原因,因此保持力检测是电连接器接触件检测过程中重要环节5-6。目前国内相关企业中常用的电连接器接触件保持力检测方法是采用机械式弹簧指针测力工具逐一进行孔位检测,这种人工逐个测量的方式不仅劳动强度大、效率低,而且会出现误检、漏检的问题7-11。因此
9、实现电连接器接触件保持力的自动化检测和数字化显示对保证飞机 EWIS 系统的正常工作有重要作用。针对上述问题,本文设计了可以实现多种不同规格的电连接器(包括插针和插座)接触件保持力检测系统,通过将机器视觉技术和机械装置相结合的方式实现电连接器接触件保持力的自动化检测,并编写了电连接器接触件保持力测试软件。65 第 8 期韩俊文等:基于视觉引导的电连接器接触件保持力检测系统 1 系统整体方案设计图 1 为航空电连接器示意图,为实现航空电连接器接触件的保持力检测,首先需要得到其接触件的孔位信息,其次由于航空电连接器在检测过程中并不是以标准位置安装的,所以需要计算其旋转角度,并与标准位置匹配从而得到
10、其对应编号,方便检测人员对失效的接触件进行准确定位。图 1 航空电连接器示意图基于视觉引导的电连接器接触件保持力检测系统的总体方案,软硬件系统设计如下:视觉检测方案分为两部分:第 1 部分为电连接器接触件的孔位识别,首先进行了图像预处理,包括图像滤波、阈值处理和圆形拟合,在此基础上提取接触件的孔位信息;第 2 部分为电连接器接触件的编号匹配,首先进行包括阈值处理、图像滤波和边缘检测的图像预处理,在此基础上根据几何关系计算电连接器的旋转角度,得到各接触件对应的编号信息。系统主要由视觉系统、图像处理系统、运动控制系统组成。本系统要求检测的航空电连接器的直径为 2040 mm,尺寸检测精度要求为 0
11、.1 mm。故视觉系统选择 USB 协议的 500 万像素的 CMOS 工业相机,选择焦距为12 mm 的镜头,60 mm60 mm 的同轴光源作为照明系统,实际分辨率为 0.025 720,视场为50 mm 50 mm,满足实际测量需求。控制系统示意图如图2 所示。运动控制模块负责控制三轴伺服模组的运动;压力采集模块负责实时采集保持力测头施加的压力;通讯模块负责整个系统的控制与数据信息的传输;图像处理模块负责图像采集以及对图像进行识别与检测,检测结果反馈给运动控制器实现接触件的保持力测试。图 2 控制系统结构系统工作时的流程图如图 3 所示,首先三轴伺服模组控制工业相机到拍照位置后,触发相机
12、进行拍照,图像处理系统采集到航空电连接器图像后,对图像进行 ROI 选择、阈值处理、圆形拟合、边缘检测等预处理,并进一步提取待测目标特征,获取航空电连接器接触件的中心坐标和主花键的中心坐标,再通过计算得到航空电连接器接触件的孔位信息和编号信息,最后进行保持力测试以及检测结果的显示与存储。图 3 保持力检测系统流程图2 视觉算法实现系统采用 QT 和 OpenCV 软件处理捕获图像,主要分为电连接器接触件的孔位识别和电连接器接触件的编号匹配 2 部分。2.1 电连接器接触件的孔位识别电连接器接触件的孔位识别主要目标是得到所有接触件的中心位置信息。首先对工业相机采集到的图像进行 ROI 区域选择,
13、以避免其他无关区域的干扰,并减少处理时间;随后对图像进行阈值化处理,分割出需要的接触件部分;在完成目标和背景的分离后,对图像进行形态学处理/滤波去除图像中存在的噪声;最后对图像进行圆形检测得到接触件的孔位坐标。电连接器接触件的孔位识别的算法实现过程如图 4 所示。圆形检测的方法主要有霍夫圆变换和基于轮廓的圆形拟合。霍夫圆变换算法步骤包括:对图像进行Canny 边缘检测;对边缘图像的每个非 0 点像素使用Sobel 算子计算其局部梯度;在非 0 点沿着梯度方向画线,线每经过一个点,该点的累加器加 1,对所有累加器进行排序,根据阈值找到所有可能的圆心;计算 can-ny 图像中所有的非 0 像素点
14、距离圆心的距离,距离从小到大排序,选取合适的半径;对选取的半径设置累加器,对于满足半径 r 的累加器+1。基于轮廓的圆形拟合是通过判断轮廓的外接矩形的横纵比来判断该轮廓是否为圆形。一般而言,圆的外接矩形肯定近似于一个正方形,因此宽高比接近 1.0,该算法主要步骤包括:轮廓查找;范围过滤即筛选出轮廓面积大于阈值的轮廓;遍历符合条件的轮廓,判75 仪 表 技 术 与 传 感 器第 8 期(a)ROI 区域获取 (b)阈值分割(c)形态学处理 (d)圆形拟合图 4 接触件孔位识别算法实现过程断其宽高比是否接近 1.0,即通过判断其外接直立矩形是否近似于一个正方形来判断其是否为圆。由于霍夫圆变换参数调
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