电网塔材几何尺寸检测技术研究

目 录目 录 .11 前言 .31.1 课题研究背景 .31.2 国内外铁塔型材尺寸检测的研究现状 .41.3 课题研究意义及主要内容 .41.3.1 课题的研究意义 .41.3.2 课题的主要内容 .51.4 本章小结 .62 测量方法的优化选择 .72.1 铁塔型材尺寸测量技术要求 .72.2 测量的相关概念及方法 .82.3 三坐标测量 .92.3.1 三坐标测量机的基本组成 .92.3.2 三坐标测量机应用 .102.3.3 三维测量臂 .112.3.4 经纬仪测量 .112.4 机器视觉技术 .123 铁塔型材尺寸检测原理分析 .143.1 测量系统概述 .143.2 适于铁塔型材视觉检测系统关键部件 .153.3 检测原理 .163.3.1 CCD 原理分析 .163.3.2 CCD 拍摄实现测量 .174 铁塔型材尺寸检测数据处理系统开发 .194.1 型材尺寸数据处理系统架构及运行流程 .194.1.1 数据处理系统架构 .194.1.2 铁塔型材检测数据处理系统运行流程 .204.2 数据处理系统设计 .214.3 基于 ACCESS 创建数据表 .224.4 基于 VB 环境塔材检测数据处理系统开发 .234.4.1 软件界面的设计与创建 .234.4.2 报表的实现 .274.4.3 统计分析 .284.5 本章小结 .295 案例分析 .305.1 塔材检测数据采集 .305.2 塔材检测数据处理 .315.3 报表与统计分析 .326 结 论 .33参 考 文 献 .341 前言1.1 课题研究背景全球的加工行业中，中国应是制造业大国，被称为“世界加工工厂” 。随着经济全球化，企业之间的竞争也在不断加剧，我国的制造业取得巨大的发展。严格的质量要求、复杂的工艺、精美的设计，使得企业的生产非常艰难。减少废品生成，提高零件的质量控制水平，成为企业需要迫切解决的一个重要难题。在零件检测方面，零件尺寸是影响零件质量的一个重要的指标，并且客户对零件的尺寸要求越来越高，导致了企业对零件的尺寸检测也越来越严格。在尺寸测量方面，传统的测量方法不能满足机械加工行业测量要求，相反它已成为提高零件加工精度和生产效率制约因素；传统测量是静态测量，它无法满足现代机械加工中的被动测量要求，并且也无法及时的控制零件的生产过程，所以加工中无法及时检测出废品，对企业产品的质量造成严重影响，最终使企业的效益下降1-2。在零件几何尺寸检测技术方面，国内普遍使用量具检测，量具有：卡尺、直角尺、千分尺和游标卡尺。这类通用量具检测效率低，时间久了精度减低并且测量精度无法保证，很大程度依赖工人技术水平，因此工厂经常使用“轴孔”配作的方法3。然而这样就会使生产小批量件时，花费比较大，给量具管理带来麻烦。若零件形位尺寸精度要求比较高，目前企业采用的方法是激光双频干涉仪。激光双频干涉仪是用激光波长作为已知的长度，用迈克尔逊干涉系统的长度测量工具测量位移，这种方法也通常仅用于抽检或标定。如何在电网施工现场按照合同要求快速高效的抽检生产厂家的塔材，一直是电力部门难以解决的问题。目前他们检测生产厂家的塔材，只是在铁塔的安装现场进行人工抽检，并且检测方法极不规范，许多技术要求的检测都是采用工人观看的方式，零件检测精度很难保证，检测误差不稳定，因此在塔材的安装时，塔材连接时出现问题也很频繁。人工抽检方法的缺点：(1)许多没有被抽检到零件也可能有缺陷，人工抽检法无法保证所有缺陷的零件被发现。(2)此种人工检测方法的检测速度比较慢，塔材安装时，给予检测时间并不多，人工检测多时间内无法完成如此多塔材标准件的尺寸检测。(3)每位检验员对被检零件的尺寸基准可能存在差异，检测的标准不一样，所以产品的质量很难保证。(4)检测精度比较低，受工人主观因素影响大。为了实现施工现场快速高效的检测塔材，针对塔材连接处几何尺寸进行了非接触测量的开发研究，根据国内外检测技术的最新发展，结合本课题，选择适合塔材施工现场检测的测量方案。当今伴随着图像测距与计算机技术迅速发展，图像测距技术在全球得到迅速发展，企业也对此种检测方法产生了浓厚兴趣。我们通过了解塔材的结构件知道，一座中型铁塔的结构件约有 800 个零件，通过铰连接而成。并且如此多的零件的结构各异，形位尺寸也各不相同。1.2 国内外铁塔型材尺寸检测的研究现状对于塔材等大型零件形位尺寸的检测，在国外通常使用装有激光传感器全自动测量设备，并且定期检查加工设备的精度来给予保证的4。然而在国内这种零件的检测在要求精度不高时大部分是采用通用量具，或者有经验的工作人员用眼观看，这些检测的机械方法检测精度非常有限，它只能测量 7、8 级精度的零件。在要求精度较高时，通常用经纬仪等检测方法，这些检测方式虽然检测精度高，但他们的缺点也是很明显的，例如仪器的价格比较昂贵、需要比较大的测量空间、只能用于实验室等操作环境，在施工现场使用的机会小，仅仅适用于计量室定标和抽检，并且也无法做到快速高效的检测。若以测量范围对长度测量进行分类，我们可以分为以下三类：(1) 3 米之内的测量，发展已经相当成熟，种类多，且测量精度也比较高；(2) 大于 200 米的测量被称为距离测量，随着激光检测的问世，200 米以外尺寸的测量精度已经到 ；km/5(3) 大尺寸零件的测量指的是 3m-200m 范围的距离实施高精度的测量5。在国际上，自 20 世纪 70 年代来，工业的发展非常迅速，尤其是机械、航空航天、机床、电子和汽车的发展，出现了各种各样的复杂零件，为此迫使检测技术不得不提高，测量机因此应运而生，主要有三坐标测量机，它采用三维测量技术。测量机是最近出现的一种高效新型测量仪器，它在机械制造、航空航天、电子和汽车等工业中应用比较广泛。三坐标测量机可以测量各种各样的尺寸，如零件与部件尺寸、形状位置检测，还有箱体、涡轮、凸轮、形体、齿轮和导轨等空间型面的测量。测量机得特点是测量范围大、测量效率高、精度高、性能好、通用性强、可以与柔性制造系统连接。1.3 课题研究意义及主要内容1.3.1 课题的研究意义进入 21 世纪后，随着国民经济的不断快速增长和人们生活水平的不断提高，生产和生活用电需求大副增长，电源和电网建设和改造进行如火如荼，对铁塔产品需求加大。铁塔产品对质量的要求比较高，形位尺寸要求准确无误，以保证组塔时现场施工的就位率达到 100%，如果施工现场的铁塔产品形位尺寸出现错误，会严重影响施工进度。快速检测设备的研制既对铁塔制造企业提出了更高要求，也会提高电力设施的施工进度。为解决铁塔组装前检测的难题，本文研制了一种用于电力部门检测铁塔标准件的装置，实现了铁塔组装前的快速测量，使铁塔的安装快速而且质量得到保证。1.3.2 课题的主要内容塔材产品种类繁多，且铁塔构件都是采用直角角钢和板料加工的构件。论文针对山东电力部门铁塔的验收技术要求，研制并设计了针对铁塔型材(如图1.1)的形位尺寸进行验收检测的检测设备。针对塔材型材尺寸的特点，分为组孔内的尺寸包括孔间距、孔径和准距，过线尺寸。组孔内的尺寸通常比较小，而组孔间的尺寸比较大。心线和过线是铁塔行业的术语。图 1.2 所示，孔间距即两孔之间的距离，孔径及孔的直径，过线表示塔件的基线 A 到第一个孔心的距离空心的距离；心线表示铁塔标准构件的基线 B 到孔心的距离6。图 1.1 铁塔型材图 1.2 过线、心线、孔心距的定义如何在电网施工现场按照合同要求快速高效的抽检生产厂家的塔材，一直是电力部门难以解决的问题。为了实现施工现场快速高效的检测塔材，针对塔材连接处几何尺寸进行非接触测量的开发研究，根据国内外检测技术的最新发展，结合本课题，选择适合塔材施工现场检测的测量方案，主要应用图像采集技术和计算机技术，把被测工件得图像当作检测和传递信息的载体，通过数据采集系统获得图像的尺寸信息。具体研究内容如下：(1) 适于铁塔装配现场的塔材连接处几何尺寸高效检测方法研究；为了保证正确可靠的测量，对什么样的工件选择适于的测量方法。人们在测量实践中总结出了基本原则和特性，即阿贝原则、封闭特性、最小变形原则和最短测量链原则，这些基本原则在选择测量方法时，应根据具体情况侧重选择。(2)分析非接触式塔材几何尺寸检测的基本原理；组成机器视觉技术的功能模块，以及各个功能模块的作用，CCD 相机工作原理和用 CCD 进行实际铁塔塔材尺寸测量的实现。(3)塔材连接处几何尺寸数据处理及软件设计并编写相应程序；用 ACCESS 数据库及 VBA 编程，编制出窗体，进行数据显示，并最终实现零件的尺寸是否合格。(4)对测量系统进行案例分析。1.4 本章小结本章首先分析了课题的研究背景，即目前检测以人工检测为主，同时介绍了人工检测的缺点，最后阐明了本课题的研究意义及研究的主要内容。2 测量方法的优化选择2.1 铁塔型材尺寸测量技术要求本课题研究的内容是针对孔距最大测量长度为 1200mm 的型材尺寸检测，而且要保证测量精度。制孔技术要求，除文件或图纸注明孔的制作方法外，不同材质允许孔的最大厚度应选择合适的加工方法，保证孔的允许偏差。根据输电线路的铁塔通用技术规范，各测量元素的加工允许偏差，表 2.1。根据此技术要求和现场测量环境，选择适合的测量方法。序号 项目 允许偏差 图例 非镀锌件直径 D +0.801孔直径 镀锌件D+0.5-0.23 过线 0.74心线a多排孔和接头处 0.75 同组内两孔距离 0.7表 2.1 制孔允许偏差2.2 测量的相关概念及方法测量是指为了确定被测对象(工件)的数量值，进行实验的过程。也就是说，将被测量的量值和测量单位同类标准量进行对比，所得结果将明确被测量单位的几分之几和几倍地实验过程。基本测量方程为(2.1)QEL表示测量单位， 表示被测量对象的量值，比值 表示被测量对象的E ELQ/数值，它和你所选择了的测量单位成反比。被测量值 为有名数测量结果。测量单位是用游标卡尺、光学计等，相应的测量器具得出的，即以物质的形式体现。被测对象 我们研究的被测对象是几何量，即以长度、角度、形状、位置、表面粗糙度以及螺纹、齿轮等零件的几何参数。测量单位 我国采用的法定计量单位为是:长度的计量单位为米(m)，角度单位为弧度(rad) 和度、分、秒。在机械零件制造中，常用的长度计量单位是毫米(mm)，在几何量精密测量中，常用的长度计量单位是微米( )，在超精密测量m中，常用的长度计量单位是纳米(nm)。常用的角度计量单位是弧度、微弧度和度、分、秒。测量方法 它是在测量尺寸过程中涉及到测量器具、测量环境条件、测量器具等几项的环节总和，另种说法是标准量和被测量进行比较测量环境条件的总和及各个组成因素的总和。测量精度 即测量结果的准确度也称测量结果的精确度，常以测量误差的表征参数“不确定度”来说明。它能评价测量方法的优劣，在实际测量中，不能片面地追求测量结果的准确度，因为盲目地提高准确度要付出很大的代价，因此应根据被测量准确度的要求，拟定相适应的测量方法，达到经济型与准确度相互一致7。测量方法是指获得测量结果的具体方式，按下面的几种情况进行分类：1. 按实测的量是否为被测几何量进行分类(1)直接测量它是指被测几何量得量值直接可以由计算器具来显示。例如，用千分尺、游标卡尺测量轴颈、孔径的大小。(2)间接测量间接测量是指欲测量的几何量得量值由实现几何量得量值按一定的函数关系运算之后获得的。例如采用“弓高弦长法”间接测量圆弧样板的半径 R，只要测得弓高 h 和弦长 b 的量值，然后按公式进行计算即可得到 R 的量值。直接测量比较简单，它的测量精度只和直接测量的测量过程有关，然而间接测量的测量精度不仅和实测几何量的测量精度有关，还和它所依据的计算公式和计算精度有关。我们测量一般采用直接测量，直接测量的精度一般比间接测量的精度高。2. 按示值是否为被测几何量量值进行分类(1)绝对测量绝对测量即是计量器材的示值，也就是被测几何量得量值。例如，用游标卡尺、千分尺测量轴颈的大小。(2)相对测量相对测量即比较测量，是被测几何量相对已知的标准量的偏差，是计量器具的示值，已知标准量与该偏差示值的代数和就等于被测几何量量值。例如，我们用光学比较仪测量轴径，测量时我们先用量块来调整示值零点，该仪器所显示的示值是被测轴颈相对量块的偏差值。并且一般说来，相对测量精度比绝对测量的精度高。3. 按测量时被测表面与计量器具的测头是否接触分类(1) 接触测量测量工件过程中，计量器具的测头与被测表面接触，即测头与工件有测量力的存在。(2) 非接触测量测量工件过程中，计量器具测头和工件的被测表面不接触，即测头与零件没有测量力的存在。对于接触测量，计量器具测头与被测表面的接触会引起弹性变形，即产生测量误差；而非接触测量不会有此误差，易变性的软质表面或薄壁工件多多使用非接触测量。2.3 三坐标测量2.3.1 三坐标测量机的基本组成测量机一般是由主机(包括光栅尺)、电气系统、软件系统及测头所组成，下图 2.2 所示：控制系统在坐标测量机中也是重要部分，它包括驱动器、电机、控制器、测头、光栅和细分器，主要功能是读取空间坐标值，对测头信号进行实时响应与处理，控制机械系统实现在测量过程中所需要的运动，及时的检测到测量机的状态信息，以保证整个系统的可靠性和安全性，有时还需要对测量机进行温度误差和几何误差的补偿来提高它的检测精度。测头的作用是当移动的测头接触到工件时，测头发出的信号用于 CPU 中断信号和计数器锁存信号，计数器中的锁存信号会记录 X、Y 、Z 三轴当时的光栅数值，当执行中断程序时 CPU 会把计数器中的锁存值读取出来，如此就完成了工件上一个坐标点的采集。再通过计算机的软件系统将这些坐标点进行数值分析，计算出零件的形位误差。测头决定了三坐标测量机的测量精度，它是测量机的核心部件。英国 RENISHAW 公司向世界测量机的生产商们大约提供了达80%的测头。在测头精度相同时，测头的长径比(L/D)越大，测试工件的精度越高，越稳定9。图 2.2 测量机组成2.3.2 三坐标测量机应用三坐标测量在下面的几个方面有重要作用10：(1) 可以完成箱体类零件孔位和孔径、齿轮和叶片、飞机、汽车等表面轮廓复杂形状尺寸的检测；(2) 由于电子计算机的引入，促进了测量技术的发展，使得测量机的测量精度不断提高，测量效率也得到很大提高。计算机数字控制系统，缩短了大大测量的时间。(3) 测量精度是其他测量方法所无法达到的，目前三坐标测量的最高直线精度可以达到 ，空间精度也到了 以内。m1m2(4) 三坐标测量机可以与加工中心或数控机床组成柔性制造系统，从而提高生产线的自动化。三坐标测量机测量零件的种类，可以大致分为：箱体类零件、自由曲面类零件、特征型面类零件。箱体类零件以孔、轴和组合平面为主要元素，主要测量尺寸元素的形位误差和空间尺寸。自由曲面类零件测量也叫做“曲线/曲面”测量，包括从形状简单的凸轮到复杂的飞机机翼和汽车的覆盖件，他们都是以测量轮廓为主要测量对象。这类测量是首先确定理论点，然后测量这些实际的点，在误差评价时按轮廓度来评定。特定型面类零件指的是齿轮、叶片、涡轮/蜗杆、螺纹等一类零件，检测这类零件的检测元素是控制参数和零件外形轮廓和形面。2.3.3 三维测量臂以美国 FARO 公司生产的便携测量臂为例 11，其原理是有 Z 方向的线位移导轨与标尺，并且设置了角度编码器与精密关节来实现 X-Y 平面的测量，如图 2-2。伺服电机 4 驱动测量部件 2，利用滚珠丝杠沿 Z 轴在导轨 1 上移动。光栅尺 3 可以读出测量部件 2 的 Z 向位移。测量臂上安装有力传感器 10，当工作人员推动轴 11 时，传感器 10 接触到感应信号，控制开关 8 接通控制电路 6，则伺服电机 4 带动测量部件 2 上下移动。由杆 16 和 14 分别绕轴 17 和 15 转动实现了在 X-Y 平面上的人一点的测量，它们的转角可以由两轴的光栅角度尺 5和 7 读出来。9 是三维感应式测头，测量时由测头对工件进行接触测量。图 2.2 便携测量臂2.3.4 经纬仪测量这种测量方法来源于地貌测量仪器，它是由两台经纬仪构成一定角度交汇测量系统，可以测量空间某点的位置12。图像经纬仪仪器配备有传动系统和CCD 摄像系统，自动将所采集的图像进行处理，CCD 摄像系统的运动与对焦是通过伺服电机的驱动实现13。如图 2-3，进行分析经纬仪的测量原理。建立测量坐标系，以经纬仪 A 的测头为坐标原点， 轴为水平方向，它通过经纬仪 B 的支架轴中心线， 轴方X Z向垂直向上，按右手定则确定 轴的方向。测量长度已知的基准尺子，从而得Y长度 与高度差 ，进而确定了在经纬仪 A 坐标系下， B 的位置。测量点 可bh P以是空间任意点，每一台经纬仪都可以测得两个角度，水平角 和垂直角 ，由三角形法则和正弦定理， 点坐标为：P(2.2)sin(coBApbx(2.3)i(BApy(2.4)sin(i21htgtbzBABp 图 2-3 经纬仪测量系统2.4 机器视觉技术近几年来，机器视觉技术在应用方面取得了显著的成就，目的是赋予机器所特有的视觉信息处理能力。机器视觉技术的定义为：自动获取分析图像，来得到描述一个景物或控制某种动作的数据机器人视觉伺服。视觉检测技术不仅在于模式识别、知识运用和视觉感知等，更注重于空间几何尺寸的精确检测。视觉检测系统是指利用 CCD 相机作为图像传感器再运用图像处理和精密测量技术进行非接触二维或三维测量的检测系统。机器视觉技术基于光学，并涵盖了计算机技术、图像处理技术和电子技术，具有测量效率高、自动化程度高、造价低、精度高等优点，机器视觉技术的应用正在取代一些传统的传感器，完成零件的快速测量。机器视觉技术更强调实用性，更能够适应现场的恶劣环境，有合理的性价比，通用的接口，此技术还有实时性要求高速度和高精度。本课题所研究的适合铁塔型材尺寸的检测系统，基于这种检测的特点，综合比较了以上各种空间坐标测量系统，优化选择了机器视觉检测技术来完成铁塔型材相关尺寸的测量。3 铁塔型材尺寸检测原理分析3.1 测量系统概述测量系统的基本原理是将几何元素的测量变成对这些几何元素的某几个点他们坐标位置的测量，得到点的确定坐标位置之后，通过软件按一定的算法测量出几何元素的形状、位置和尺寸大小等，测量精度可靠。测量系统总体一般分为机身包括导轨和工作台、测量系统一般是光栅尺、测头系统和测量软件。通常机身形成测量的空间，放置被测零件，测量时由移动式工作台带动测头沿着导轨运动，测头找到待测点的位置，光栅尺可以移动的精确位置，系统软件运用相关算法，计算出测量几何元素的几何尺寸、形状和位置尺寸14 。根据一般检测原理我们设计了下面的测量机构，铁塔型材测量系统逻辑结构分为硬件和软件两部分，硬件部分有光源用于凸显测量元素，CCD 相机采集测量元素，伺服电机用于驱动丝杠使移动工作台沿导轨运动，移动工作台用于安装相机；软件部分由铁塔型材图像的分析与处理和结果输出部分。图像获取是将塔材标准件的尺寸信息光学成像，然后经传感器将光信号转换为数字信号传给计算机的图像采集卡，图像的分析处理阶段是以个人计算机上的图像分析软件实现的；获得的尺寸数据可以直接存储的计算机的数据库中。如图 3.1 检测系统总体框架。铁塔型材检测系统硬件 软件工业相机移动工作台光源伺服电机计算机悬挂式导轨图像处理尺寸测量如图 3.1 检测系统总体框架根据铁塔型材的国家检测标准，铁塔型材检测的整体系统原理图，我们的测量方案是用成一定角度的双 CCD 相机通过精密机构的传动和控制系统的驱动沿导轨做线性移动，对相机的拍摄频率和移动速度用工业计算机和 PLC 进行控制，相机在沿导轨对铁塔型材图像采集时，利用光栅尺距离测量系统实现对CCD 相机位置的精确测量，如图 3.2 所示。根据被测型材的特点，我们采用双CCD 相机对 V 形型材两侧的孔同时检测，根据拍摄的环境选择照明情况，对铁塔型材进行测量元素的采集。测量工件时，工件被放置到工作台上照明系统 CCD 相机铁塔型材 光栅尺系统悬挂式导轨计算机显示器伺服电机如图 3.2 铁塔型材检测的系统原理3.2 适于铁塔型材视觉检测系统关键部件图像检测系统针对不同的应用场合，有不同的组成形式。我们按塔材检测的技术要求，系统可由以下部分组成15：1. CCD 工业相机CCD 即是电荷耦合元器件，是 70 年代的半导体新型光电转换元器件。现在它凭借其清晰度高、稳定、小被广泛的用于工业领域。它的工作就是将光学信号转换成电信号。CCD 相机有两种扫描样式，面阵 CCD 相机和线阵 CCD 相机，面阵相机拍摄一次获得整个图像信息，二维特性、几何畸变微小、没有图象滞后和漂移；而线阵相机拍摄一次只能获得图像的一行信息，拍摄范围有限。工业相机与普通数码相机的区别：1)CCD 相机上安装的传感器是每行都扫描的，然而普通数码相机的传感器是间断行扫描的。2)CCD 相机的输出的数据，它的光谱范围宽，以提供我们在工程实践中进行图像处理与分析。然而普通数码相机拍摄的图像，光谱范围较窄，没有后续处理的价值。2. 照明系统图像测距检测对光线的依赖很大，它需要比较好的照明环境，并且图像的清晰度，数据的复杂性，图像中的阴影都会对检测结果产生影响。照明系统并不仅仅是简单的照亮工件，需要光源与照明方案之间的配合，凸显工件的特征量，在工件的检测部分与非检测部分形成明显的区别，加大图像特征量的对比度。为使得图像得到最佳状态，光源设备的选择必须要与工件的几何形状、均匀度相一致。3. 图像采集卡由于我们设计的 CCD 摄像机和计算机是同时工作的，我们采集到 CCD 输出的信号，必须在 CCD 图像输出和计算机间安装图像信号缓冲器即为图像采集卡，图像采集卡将 CCD 摄像机生成的视频信号转换成便于计算机处理的数字图像信号即进行 A/D 转换，视频信号数字化。4. 光栅尺光 栅 测 量 位 移 的 实 质 是 以 光 栅 栅 距 为 一 把 标 准 尺 子 对 被 测 量 件 进 行 测量 ， 光 栅 尺 是 一 个 反 应 装 置 ， 它 可 以 将 位 移 量 和 位 移 方 向 通 过 信 号 输 出 的方 式 反 馈 出 来 。 光 栅 尺 位 移 传 感 器 是 有 标 尺 光 栅 和 光 栅 读 数 头 两 部 分 组 成 ，标 尺 光 栅 固 定 在 移 动 工 作 台 上 ， 光 栅 读 数 头 固 定 在 设 备 的 导 轨 上 。3.3 检测原理3.3.1 CCD 原理分析CCD 传感器的原理是建立在工件和图像之间的关系之上16 ，关系式为：(1)flg1其中，g 是镜头到工件的距离， 是镜头到图像点的距离， 是镜头焦距。f假设镜头到线性 CCD 传感器的距离为 e，可得方程：(2)lDw其中， 是阵列中亮带的宽度，此亮带不聚焦图像， 是镜头的直径。由wD上面的方程(1)和(2)得 与 得关系，可表示为：g(3)gCfe1)(2其中， ， ，由上面的公式，可以通过测量 的大小，feDC1C2 g直接得出宽度 ，如图 3.3。w图 3.3. 测量原理传感器系统完成时，所有参数都是确定的，方程式如下：(4)2geDdw方程式(4)表示的是传感器的灵敏度，由方程式知，提高传感器的灵敏度，需要缩短焦距，增大镜头直径。工件上的点要与 CCD 成像点重合。可以将CCD 传感器放置到距离镜头较大的值 ，工件上的点靠近镜头上的距离 值要e g小。3.3.2 CCD 拍摄实现测量依照感光元素的排列方式有线阵和面阵的区别，面阵 CCD 是二维阵列，可以拍摄工件的表面等二维信息，然而线阵 CCD 则是将一维的光信号转变为数字信号输出。面阵 CCD 的结构要比线阵 CCD 复杂的多，成本也较高它广泛应用在面得外围轮廓的测量，它检测的比较直观，使用面阵 CCD 测量工件时只需要对工件扫描一次，而不需要对工件逐行扫描17。本论文是针对铁塔型材孔尺寸的测量，我们选择面阵 CCD 是摄像机的图像传感器。面阵 CCD 是由许多排列成平面似的各种光敏元器件组成探测器，相邻两个光器件的间隙是 和中心距 决定 CCD 的分辨率。如图 3.4 所示， 和 在分ad ad辨率比较低时，面阵 CCD 中的尺寸只有十几微米，而它在某些典型的尺寸中只有几个微米。CCD 的光敏元分布是离散的，物体成像在 CCD 的光敏面上，离散的光敏元类似于对景物的图像进行了抽样，抽样频率是 1/d。CCD 拍摄到的并不是整个图像所有信息，这正由于了 d 的存在，拍摄到得是反射到光敏元得部分。用光敏元离散图像信息，就是将光信号转变成电信号，最终合成视频信号通过接口进入到计算机中做处理。如图 3.4 面阵 CCD 结构简图4 铁塔型材尺寸检测数据处理系统开发本章以塔材标准结构件的尺寸数据为研究对象，分析各种零件的测量元素，利用 VB6.0 开发了一系统来实现对塔材数据的处理，通过数据处理系统为电力部门提供各铁塔供应商的铁塔零件合格率，以及各种塔材标准件的合格率。4.1 型材尺寸数据处理系统架构及运行流程4.1.1 数据处理系统架构目前，电力部门型材数据处理检测系统空白，测量的数据只是通过检验人员记录在纸质的表格中，再通过表格中的数据与设计的图纸进行比较得出此零件是否合格，不能对供应商提供的产品形成有效的统计，不利于各个供应商提供产品的比较，并且不利于保存。因此，本文从检测数据的保存、输入、查询、统计分析角度出发，以对供应商提供产品进行报表实现与合格率显示为目标，构建如图 2.1 所示的铁塔型材尺寸检测数据处理系统体系架构。供应商之间比较采购塔材构件质量报告数据采集数据导入查询零件信息添加删除记录统计分析报表实现C C D智能检测仪P L C传动机构 动态数据库管理决策层数据处理层具体执行层以太网图 4.1 铁塔型材检测数据处理系统架构管理决策层是本尺寸数据处理系统的最高层，此层负责电力部门铁塔塔材的采购计划、管理和决策。其主要功能是通过数据处理层的分析，得出结论，各个供应商的提供型材的总的合格率，所提供型材某段的合格率，制定采购计划，完成质量报告的书写。数据处理层是铁塔型材尺寸检测数据处理系统的核心，其主要功能包括采集铁塔型材各个被测要素的尺寸数据，对采集的各种数据按预先定好的字段分类的顺序导入，根据所测数据的标准偏差检测测量数据是否合格，由各个被测要素的合格来判断此零件的合格，还可以实现当零件不合格时，直接查询出有哪个或那些被测元素引起的零件不合格，按供应商进行产品的统计分析，得出该供应商的产品合格率，最后形成供应商提供所有产品的报表。具体执行层是铁塔型材尺寸检测数据处理系统的最底层，主要是由测量设备完成铁塔型材相关尺寸的采集。根据数据处理层得叙述，本文提出了塔材数据处理系统主要结构单元，如图 4.2 所示。塔材数据处理系统主要包括登录系统、数据采集、统计分析、报表实现等四个模块。工序质量集成控制系统登录系统 数据采集 统计分析密码登录退出系统选择数据表导入数据查询功能统计合格率报表显示供应商产品添加删除图 4.2 铁塔塔材尺寸数据处理系统主要结构单元4.1.2 铁塔型材检测数据处理系统运行流程铁塔型材数据处理系统按一定的流程来运行，按照预先设定好的数据库字段，将检测仪器采集的数据在数据库中存储，判断各个零件的合格率，形成各供应商的统计报表，构建铁塔型材检测数据处理系统运行流程，如图 4.3 所示。 开始 数据采集 导入数据 孔径合格动态数据库孔距合格 心线合格 零件合格零件不合格选择供应商统计合格率报表结束图 4.3 铁塔塔材检测数据处理系统运行流程4.2 数据处理系统设计本课题是承担山东电力集团的项目，根据客户提出的要求，自主设计了本系统的所有部分，所显示的标题栏部分包括登录、退出系统、数据编辑、统计分析和报表、帮助。本系统的核心在数据编辑和统计分析部分，数据编辑中包括在 list 框中数据表的选择，可以选择文本文件、EXCEL 文件、数据库文件，由于数据库的存储量大，在企业也是一般用数据库存数据，所以在本系统中我们用的数据库作为数据的存储。数据库的存储需要建立每个字段，我在数据库建的字段有塔名、零件序号、检测设备、供应商、检测人员、检测时间、检测地点、M16 孔径、M16 孔径上限、M16 孔径下限、 M16 孔距、M16 孔距上限、M16 孔距下限、M20 孔径、M20 孔径上限、M20 孔径下限、M20 孔距、M20孔距上限、M20 孔距下限、过线、过线上限、过线下限、线、心线、心线上限、心线下限、各个测量的结论及总论。客户的检测要求是检测检测 M16、M20 孔径和孔距，孔的定位，能比较各个供应商的供应的型材尺寸的好坏，合格率。正因为此要求我们设计了，上面的一系列字段，得到合格率我们首先判断是否合格，按要求六个测量元素全部符合标准，我们就说此零件合格，否则此零件不合格。还需要查询各供应商所提供的零件表，我设计了系统的查询功能，本系统可以按塔名、零件序号、供应商查询，查询的条件可以是一个、两个或三个，得到你想要的型材检测信息。本系统还有添加、删除功能，当测量出新的零件信息时，可以通过此功能实现。针对塔材数据的特点我用 Visual Basic 开发软件18来实现了数据的存储、查询和统计分析的功能。在写程序前，先在窗体中建立控件：命令按钮和文本框，使用命令按钮的单击事件来执行程序，并将所要显示的内容出现在文本框内。将孔距的上下限、孔径的上下限、过线标准和心线标准，以及个测量元素的结论添加到 Access 数据库中，然后用 Visual Basic 来连接 Access 数据库19，在 VB 中编写程序，实现软件开发。这样只要在查询界面中输入所需要的数据的查询条件，就会通过在数据库中查询而得到响应的型材零件的所有信息，包括型材所属的哪条输电线的塔、供应商、检测型材的时间和地点、检测人员、这段型材上的所有尺寸信息，并显示在列表框中。在各查询条件的下拉菜单中呈现出所有输入的字段，在此下拉菜单中选择所需要的字段，点击查询，立即可在相应的文本框中得到想要的型材的所有信息，方便快捷。4.3 基于 Access 创建数据 表在 Access 数据库中创建表，在这里我们只需创建一个大表，表名是表 1,。在此表中我们可以很方便的查出各个零件的所有信息，我们建立了如下表 4.1。表 4.1 表的创建项目 字段名称 数据类型 字段大小字段 1： 编号 自动编号 长整型字段 2： 塔名 文本 10字段 3： 零件序号 文本 10字段 4： 检测设备 文本 10字段 5： 供应商 文本 10字段 6： 检测人员 文本 10字段 7： 检测时间 文本 10字段 8： 检测地点 文本 10字段 9： M16 孔径 整型 单精度型字段 10： M16 孔径上限 整型 单精度型字段 11： M16 孔径下限 整型 单精度型字段 12： 结论 1 文本 10字段 13： M16 孔距 整型 单精度型字段 14： M16 孔距上限 整型 单精度型字段 15： M16 孔距下限 整型 单精度型字段 16： 结论 2 文本 10字段 17： M20 孔径 整型 单精度型字段 18： M20 孔径上限 整型 单精度型字段 19： M20 孔径下限 整型 单精度型字段 20： 结论 3 文本 10字段 21： M20 孔距 整型 单精度型字段 22： M20 孔距上限 整型 单精度型字段 23： M20 孔距下限 整型 单精度型字段 24： 结论 4 文本 10字段 25： 过线 整型 单精度型字段 26： 过线上限 整型 单精度型字段 27： 过线下限 整型 单精度型字段 28： 结论 5 文本 10字段 29： 心线 整型 单精度型字段 30： 心线上限 整型 单精度型字段 31： 心线下限 整型 单精度型字段 32： 结论 6 文本 10字段 33： 总结论 文本 10由设计的表字段及现场数据形成的数据库为如下图 4.4 所示：图 4.4 检测数据数据库4.4 基于 VB 环境塔材检测数据处理系统开发4.4.1 软件界面的设计与创建VB 集成开发环境是由好几个窗口组成的，它主要有主窗口、工具栏、工具箱、窗体设计器窗口、工程资源管理器、属性、窗体布局等窗口。此外还有代码窗口、浏览对象窗口、立即窗口、本地窗口、监视窗口、调色板等。它除了主窗口外，其余的窗口都可关闭或打开。首先进行了软件界面的设计，通过 VB6.0 编辑平台，利用程序编辑器功能首先设计了主窗体，主窗体我设计的标题栏是登录系统、数据编辑、统计分析、报表、帮助。由 VB6.0 的菜单编辑器功能，我实现了主窗体的界面，如图 4.5 所示。如图 4.5 数据处理系统主窗体本系统的核心在数据编辑界面，如图 4.6，数据的导入要需要在Co1_Click(导入数据控件的名