光纤线缆逻辑通路检测仪器的软件系统设计

石锦成 孙 波 唐 动 刘林琳 金先伦



光纤线缆逻辑通路检测仪器的软件系统设计

石锦成 孙 波 唐 动 刘林琳 金先伦

（贵州航天电器股份有限公司，贵阳 550009）

设计了一种可快速检测光纤类线缆逻辑导通顺序的检测仪器，首先进行了仪器电控系统的整体设计，并简单介绍了仪器的硬件系统和主要电控器件选型。着重设计了软件部分，自主设计的软件可协调单轴机器人、工业相机、I/O板卡、环形光源等进行手动或者自动运行。目前应用于生产线过程产品检测，该仪器集成度高，功能齐全，有良好的人机交互功能以及数据保存功能，满足了生产线快速检测的需求。设计是基于视觉技术检测光纤线缆光路的逻辑导通顺序，仪器操作简便、检测快速稳定。

软件设计；图像处理；运动控制；I/O控制

1 引言

在航天和武器装备相关配套企业，一个微小的质量问题，可能会导致无法估计的后果，使用自动化设备来生产、检测、检验航空、航天等高端线缆、连接器等电子产品时，需尽量避免人为失误而造成的质量问题。

光纤导通电缆使用方为各大军工类、航空航天类或民用通信类研究院所、企业，客户的需求并不是简单的光纤线缆连接器输入端和输出端按照顺序一一对应，而是根据需求对光纤线缆的输入端和输出端进行特殊的逻辑导通定义，所以如果采用人工检验、检测，不仅浪费大量的生产检验时间，而且容易导致导通逻辑顺序问题。为提高生产检验效率，避免人为失误造成的质量问题，原有技术采用了功率检测的方式或电子图像放大的方式进行相关工序的检测工作，但是某些产品具备多个输入和多个输出连接器，人工参与工作较多，比如功率方式检测，操作人员需要频繁更换线缆的输入输出端，而电子放大方式检测，主要通过人眼观察图像中的各连接器输出端亮点方式进行检测，这两种方式依然效率较低，而且人为参与的检测工作较多。为此，本文设计了一种基于机器视觉技术检测光纤线缆逻辑通路的检测仪器，该仪器通过激光发光，光纤线缆导通，工业相机接收的方式，为光纤线缆逻辑通路的检测提供了一种新的稳定快速可靠方式。

机器视觉技术硬件一般由工业相机、镜头、光源、计算机等组成，利用机器代替人眼做出各种测量和判断。通过LabView软件实现了集图像采集、图像处理、I/O板卡控制、单轴机器人控制等软件系统的设计。本文所设计的具有快速准确图像处理、友好人机界面的软件系统保证了光纤线缆逻辑通路检测仪器的稳定、可靠运行，出厂产品得到了质量保证。

2 电控系统整体设计

电控系统的整体设计，按照控制对象划分，主要由三大部分组成，分别为：视觉部分、I/O板卡部分、单轴机器人部分。主控设备为工业计算机，通过工业级计算机的软件控制，让视觉、I/O、单轴机器人协调工作，完成待检测光纤线缆的逻辑通路顺序检测工作。

工业计算机选用了研华开发的工控机，性能稳定，外设接口丰富，适用于多外围多设备的控制与采集工作。

视觉部分硬件选用包括了德国basler工业相机、远心高分辨率镜头、环形白色90度光源主要部件以及光源驱动控制器、相机驱动器等辅助部件。

I/O板卡部分选用了64路I/O卡，可最多控制64路开关信号，该部分的控制对象为红色激光发光管，根据项目需要，激光管被设计成48路阵列式结构，由板卡中48路控制各路的亮灭，同时板卡也用1路控制环形光源的亮灭。

单轴机器人部分，单轴机器人选用了雅马哈机器人，该机器人工作稳定、速度快、定位精度高，而且可以由工业计算机通过串口通讯线缆直接发送控制命令至单轴机器人的控制器中，该种运动控制简单、稳定，减少了计算机软件程序编写的复杂程度，开发周期快。

光纤线缆逻辑通路检测仪器的检测工作原理简述为：通过计算机控制I/O板卡、单轴机器人、相机协调工作，实现待检测光纤线缆的所有输入端连接器的每个输入点一次用激光管照射，并且在输出端通过机器视觉技术和运动控制技术接收和识别具体位置，通过此方式，即可完成仪器的各检测功能。图1为视觉系统整体设计框图，图2为待检测某种产品示意图。

图1 电控系统整体设计框图

图2 待检测某种产品示意图

3 软件系统设计

3.1 视觉软件整体设计

软件系统开发采用的是美国NI公司的虚拟仪器专用编程语言LabView，这是一款图形化编程语言和开发环境。光纤线缆逻辑通路检测仪器的软件，根据用户需要主要分为以下两种主要工作模式，对每种工作模式分别进行软件设计。

自动生成报表测试模式：该模式可在工作人员提出对一只待检测光纤线缆的检测，在未知该线缆内部光纤导通逻辑顺序时，仪器可以完成对光纤线缆逻辑导通的测试，并形成导通对应关系报表，具体方式为：当操作人员将待检测产品某个输入端连接器插入仪器，以及所有输出端连接器插入仪器后，点击电脑操作界面开始自动测试，工业计算机软件程序通过控制激光管发光到产品输入端某路，然后通过运动控制技术和视觉图像处理技术，移动工业相机，寻找该光路输出位置，并在人机交互界面显示结果，同时将结果保存在计算机硬盘中，另外一路激光管点亮输入端的第二路，然后重复移动相机、视觉检测，以此类推，直到完成光纤线缆的逻辑通路检测功能。图3为自动生成报表测试模式软件流程设计图。

图3 自动生成报表测试模式软件流程图

载入编辑报表自动测试模式：相对于上一种模式，该模式工作较为简单，即人工编辑好检测报表，将待检测产品装夹完成后，在人机界面选择载入该报表，并点击自动测试即可，本文所设计仪器由报表第一行开始，点亮指定激光管，移动相机至指定工作，进行检测，并将检测结果写入报表第一行的结果处，然后进行第二行检测，以此类推，直到全部检测完成。图4为载入编辑报表自动测试模式软件流程设计图。

图4 载入编辑报表自动测试模式软件流程图

3.2 图像处理程序设计

图像处理在软件系统设计中是非常重要的部分，直接影响到测试结果的准确性。本文所设计仪器的图像处理软件主要包括两个部分：关闭环形光源识别黑暗中光点程序和打开环形光源识别所有孔位位置。前者软件设计主要完成黑暗中亮点的识别，因为激光在待检测产品输出时，可能会出现“星芒”式等干扰，要将小干扰滤除并取最大面积光点中心作为亮点中心。图5为识别黑暗中光点程序流程图。

图5 识别黑暗中光点程序流程图

图6 打开光源识别所有孔位置程序流程图

打开光源识别所有孔位置程序运行时，需要断开所有激光管导通，线缆输出端连接器表面可能对判断孔位位置有干扰，所以要过滤，将干扰部分滤除后，补全所有的光孔，再一次根据所有光孔共同特性过滤，然后分析和统计留下的所有光孔位置坐标。图6为打开光源识别所有孔位置程序流程图。

通过以上两种图像处理软件处理后，得到的黑暗中光点坐标位置（0，0），以及打开光源识别所有孔位置，并按照以左上点为第一个点，右下角为最后一个点进行软件筛选排列，得到（1，1）、（2，2）……（n，n），然后通过两点间距离公式，计算（0，0）到各点的距离，其中距离最近的且在误差范围内的孔位置即为该路输入激光的通过线缆传输输出点定位位置，相机所处工位即该线缆输出连接器的位置号，该点定位位置的序号即为连接器上的输出孔序号，通过该方式可查找到任意一路通过输入连接器的某个输入孔发射的激光，在多个输出连接器中的某个连接器上能够找到某个孔对应该输入。

4 试验照片

软件系统设计完成后，进行了大量试验来修正程序，使其更为稳定、可靠、合理地运行，目前软件已经配备于光纤线缆逻辑通路检测仪器中使用。图7为软件设计人机界面。

图7 软件设计人机界面

在光纤线缆逻辑通路检测仪器的软硬件设计完成以后，进行了大量的产品测试试验，试验得到了具体的数据与报表，准确稳定，仪器提高了生产检验效率，避免人为检验带来的质量问题。

5 结束语

在当今社会，产品质量对于生产企业的重要性不言而喻，尤其是不容失误的航空、航天、武器装备领域使用的相关产品，随着人力成本的逐日增加以及对质量要求的逐步提高，自动化检测技术的发展将具有更广阔的舞台，而机器视觉技术在自动化检测和设备中又担任主要角色。本文设计的软件系统，经过大量的试验与实际生产检测，可通过图像处理、分析和计算，通过两种可选择的自动模式，完成光纤线缆逻辑通路的全部测试工作。目前，软件系统在光纤线缆逻辑通路检测仪器中运行可靠、稳定，操作简便，在自动化检测领域会有更为广阔的应用空间，尤其是针对光纤线缆导通检测领域。

1 陈树学，刘萱．LabVIEW宝典[M]. 北京：电子工业出版社，2011

2 张宏群，仓彬彬．基于LabVIEW的气象监测系统[J]．虚拟仪器与应用，2010，24：152～154

3 杨乐平，李海涛，赵勇. LabView程序设计与应用[M]. 北京：电子工业出版社，2001

4 王磊，陶梅．精通LabVIEW8.0[M]. 北京：电子工业出版社，2010

5 侯国屏. LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计[M]. 北京：清华大学出出版社，2001

Software System Design of An Instrument for Detecting Optical Fiber Cable Logic Path

Shi Jincheng Sun Bo Tang Dong Liu Linlin Jin Xianlun

(Guizhou Space Appliance Co.,Ltd, Guiyang 550009)

This paper designs a rapid detecting optical fiber cable instrument through the way of sequential logic, first has carried on the overall design of instrument control system, and introduces the hardware system of the instrument and the main control part selection. This paper focuses on the design of the software, which can be used for manual or automatic operation coordination with single axis robot, industrial camera, I/O board, and ring light. The instrument can be currently used in the detection process of production line products with the high degree of integration, complete functions, a good human-computer interaction and data storage function, to meet the demand for rapid detection of the production line. The instrument designed in this paper is based on the vision technology for the detection of optical fiber cable logical order with simple operation, fast detection and stability.

software design；image processing；motion control；I/O control

石锦成（1975），副总工程师，自动化专业；研究方向：智能制造。

2017-09-26