COLLMANN2824輪胎檢測X光機U形探測器及硬件升級

孟爍，馬強，姜波

(樺林佳通輪胎有限公司，黑龍江 牡丹江 157400)

X光檢測機主要用于檢測輪胎的內部缺陷。包括金屬在內的各種雜質、輪胎內部氣泡、鋼絲松散以及合成橡膠等低密度材料所形成的不規則的形狀，例如輪胎的側壁、胎圈、胎冠、簾線、帶束層等各個部位的缺陷。本次改造是針對此問題在原COLLMANN2824輪胎X光檢測設備基礎上，更換U形探測器及其相關機械安裝部件，更換工控機、數據采集卡等硬件；另對COLLMANN2824原PLC程序進行解析，解析PLC與工控機的OPC通訊內容，再通過上位機軟件對必要的參數進行讀寫操作，實現新成像系統與原控制系統的兼容；通過改造可顯著的提高圖像的檢測效果，延長設備的使用壽命。

2個改造后設備成像系統的優異性能：

（1）圖像自動學習模式，對于胎冠和子口根據不同輪胎進行對比度和亮度提升，提高整幅圖像的檢測質量。

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

（3）探測器模擬輪胎外形設計，保證最大程度地契合輪胎，使得圖像無盲區掃描，比例更均勻。

（4）模塊化的傳感器前端單元設計，只需更換相應單個故障模塊單元，大大降低維護成本。

（5）用戶通過圖像調整工具，可以在屏幕上分別調整不同區域的明暗度和對比度，使整個圖像更加清晰，易于觀察。

1 成像系統電氣改造：成像系統硬件構成

1.1 成像系統主要構成部件

（1）1套U形探測器（即U形成像板，美亞自主研發）

（2）1塊串口卡PCI-1601A

（3）1套工業計算機系統組件

（4）1塊數據采集卡PIXCI CL1

（5）1塊開關電源TX-1020G

（6）1套系統連接電纜

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

圖1 U形探測器外觀

J3-COM：串行通訊接口；J1-PWR：電源接口；J2-Camerlink：圖像數據傳輸接口

1.2 U形探測器參數

3456像素分辨率、柵距0.4 mm、A/D轉換速率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換（PCI轉RS-422），以適合控制命令的遠距離傳輸。工業計算機系統主要完成圖像數據的接收、成像顯示、打印、圖像保存管理、參數設置等功能，且工控機通過以太網的方式完成與PLC間的通信。（配置：工業級主板： AIMB-501，CPU；I32130， 硬盤：1T，內存：2G，工業級機箱：IPC-510，DVD-RW和正版XP Pro ）

數據采集卡PIXCI CL1為圖像數據的Camerlink接口處理板卡。

開關電源TX1020G主要為U形探測器提供+6V、+8V和+12V的電源。

2 成像系統與PLC通信相關程序改造

依據原工控機的PC站組態數據，在替換的工控機上建立相同配置的OPC服務器，這樣可建立與原配置相同的以太網通訊硬件連接；其次，通過分析工控機與PLC通訊內容，提取新成像系統所要用到的通訊數據，對影響PLC控制流程的通訊數據，按照原方式對這些數據進行讀寫操作，這樣可建立與原通訊方式兼容的以太網通訊連接。通過以上處理，可使新的成像系統與原PLC系統融為一體，實現新成像系統的完全兼容替換。表1列出了部分通訊數據。

表1 以下列出部分通訊數據：

字數據傳輸中，DB*.DBW0、DB*.DBW2、DB*.DBW4、DB*.DBW6、DB*.DBW8、DB*.DBW66為與原成像系統使用的相關數據，因此成像系統的使用是無需獲取這些數據信息的。同時，PLC在對這些數據進行操作時，只對數據進行寫操作，因此在更換美亞U形成像系統后，這些數據可以保留不做任何更改，它們既不影響流程的正常運行，也不影響成像系統的使用。而DB*.DBW60（Inspection Result）存儲的是檢測結果，它是通過判定按鈕輸入數據值的，因此這一數據是需保留使用的。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。

位數據的傳輸中，DB*.DBX11.0、DB*.DBX13.0為成像系統掃描圖像時使用，PLC程序僅對其進行寫操作，本身并不影響PLC的流程運行，因此更換成像系統后，可保留DB*.DBX11原使用不做更改，保留DB*.DBX13. 0為美亞成像系統開始掃描的標識位。DB*.DBX123.0為PLC結束掃描標識位，可為成像系統掃描結束標識位使用。

3 成像系統機械改造

3.1 U形探測器機械安裝位置改造

為了使安裝方便，盡可能減少安裝結構的改動，保留原COLLMANN2824設備的探測器安裝支架，去除原設備的U形探測器和探測器安裝板。根據原設備的U形尺寸，定制一款U形探測器，其寬度尺寸接近原設備，高度尺寸略高于原設備，并根據原設備安裝支架開孔位置重新設計探測器安裝板。

安裝板設計如圖2所示，其安裝板槽型孔的相對位置保持與原設備內側4個孔一致。

圖2 探測器安裝示意圖

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

圖3 螺帽、螺栓調節示意圖

3.2 U形探測器本體機械尺寸改造

由于U形探測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形探測器上下運動定位問題需要考慮。假設COLLMANN2824使用的探測器高度為X，美亞自主研發的探測器高度為Y，探測器下端面與射線管相對位置為Z，同時由于美亞探測器高度高于COLLMANN2824使用的探測器，則其高度差為Y-X。通過更改探測器的機械安裝高度，把美亞探測器的安裝高度上移Y-X的值，則更換前后探測器的下端面實際高度沒有發生變化，即與射線管的相對位置Z值是保持不變的（圖4）。同時，U形探測器的定位主要是參考它與射線管的相對位置，因此通過更改機械安裝高度的方式，使得探測器的定位可以與原設備保持一致（圖5）。

圖4 探測器與射線管相對位置示意圖

圖5 探測器上移安裝示意圖

上述定位方式，使得U形探測器中每個子傳感器相對射線管的垂直位置發生改變，因此各通道的實際成像比例發生改變，但是在成像系統的軟件中，完全可以根據需求更改成像比例，以達到成像效果。

4 成像系統軟件說明

4.1 概述

利用研華標準工業計算機采集U形探測器圖像數據，經過各類圖像處理算法，將輪胎的左右胎側、胎冠實時顯示在一臺24寸液晶顯示器上，顯示完畢后保存圖像。操作系統為Windows 7 專業版。

4.2 界面總體布局說明

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正常檢測用，在參數設置、系統性能測試等方面則需要在窗口顯示模式下進行，窗口模式下可以對圖像效果進行實時設置，可以查看傳感器實時波形顯示。

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功能

針對輪胎圖像特征，美亞輪胎檢測系統軟件提供智能化圖像清晰度自動調整功能（圖8和圖9），充分滿足輪胎檢測需求。

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量

軟件支持在線圖像測量功能（圖10），能夠在圖像上通過兩點距離，直接測量各個缺陷實際尺寸（需對不同規格的輪胎進行標定，以確定放大比例），在胎冠部位測量精度達到1 mm以內。

圖10 在線測量

4.5 標尺

軟件提供標尺檢測功能（圖11），通過一組標尺直觀測量輪胎對稱性以及各個部位實際尺寸。

4.6 多方位圖像打印

該軟件設計了輪胎圖像的打印功能，此功能分為整體打印和局部打印。通過整體打印功能，可以直觀的了解整個輪胎的信息，通過局部打印主要是對輪胎各部位的缺陷進行提取打印分析。

圖11 標尺校對

4.7 人工檢測工作量統計功能

如前圖11左側部位所示，綠色字體標示了班次具體情況，分別為早班、中班和晚班不同班次下的輪胎檢測的數量情況，從而可以直觀的統計出不同班次中檢測流程情況。其中早班、中班和晚班的班次起始時間可以根據工廠規定自動設定時段，有助于工廠在生產流程中執行夏季工作時間和冬季工作時間，實現更便利和人性化的管理。

4.8 圖像缺陷追溯功能

為了滿足用戶檢測質量控制，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。不僅在本機可以保存1年以上的所有檢測輪胎圖像，還可以通過局域網絡進行遠程圖像實時備份，方便管理人員進行遠程實時管理和后續分析。

4.9 檢測數據上傳

工控機通過以太網接口與前端自動運輸線進行通訊，上傳檢測條碼信息及每個品號檢測條數統計等。實現了檢測數據與條碼匹配，檢測數據實時上工廠ERP數據庫。上位機作為設備與服務器的接口，接口點是計算機的以太網口，傳送方式：計算機做文件傳輸協議（FTP）服務器或共享。

5 改造項目硬件配置要求

改造項目硬件配置參照表2。

6 實施效果

設備經過改造后， X光檢測機實現了圖像缺陷追溯功能、輪胎缺陷尺寸在線測量、數據上傳、標尺、人工檢測工作量統計功能等。

表2 相關備配置表