一种新的枪弹底火装配深度检测方法研究

何　军

(中国人民解放军驻201所军事代表室，北京 100072)



一种新的枪弹底火装配深度检测方法研究

何军

(中国人民解放军驻201所军事代表室，北京 100072)

由于我国目前子弹生产检测中对底火装配深度尚无自动检测装置，存在很多弊端。本文提出一种基于光切法的非接触式枪弹底火装配深度检测方法。采用结构光对被测弹底照射，依据光切法原理，入射光以一定角度的照射，切出弹底轮廓图像，通过在反射光管的分化板位置安置CCD摄像头来采集弹底放大的轮廓图像，利用数字图像处理技术，计算得到枪弹底火装配深度。克服了现有检测方法的弊端，对提高子弹底火装配深度检测效率、自动化程度及检测精度有重要意义。

光切法；CCD；图像处理

在我国子弹生产检测中，枪弹底火装配深度质量检测尚无专门设备，目前生产线上采用机械传递，杠杆放大检测机构，由于机械环节多，影响测量因素多，精度校对困难，检测基准定位采用推杆顶弹壳口部或内弹底两种方法，它们都存在弹底定位基准面定位压力不均匀，夹紧可靠性差，检测精度重复性差，基准面易磨损，易对弹壳或火帽底造成损伤等问题。此外，测量设备为点测量，在底火装配中偏底火难以检测，而且这种方法为定性检测判断，无法提供检测误差带和检测数据，难于对生产状况进行分析和疵病进行修复，只能进行工位粗检，不能进行大批量高速生产自动检测和质量控制。基于此本文提出一种基于光切法的非接触式枪弹底火装配深度检测方法。

1　光切法枪弹底火装配深度检测系统的组成

光切法枪弹底火装配深度检测系统包括图像采集和图像处理两部分。主要由结构光、光切显微系统、CCD摄像机、图像采集卡、传动控制装置、计算机等设备组成。图2为系统组成框图。

图像采集系统主要由结构光照射被测弹底表面，采用光切法测量原理，被测弹底表面与底火表面分别形成两条光带，经CCD摄像头摄取后，经图像采集卡采集到计算机，这样完成图像采集全过程。

光带图像采集到计算机内存后，以Windows2003为开发平台，Matlab7.0为开发工具，进行图像处理软件设计。由于图像存在噪声点,首先进行平滑滤波，然后进行阈值化，将原图像分割成仅具黑白二值的图像，进行提取光带中心线处理(即骨架化或细化)，细化后两直线间距离即为被测弹底表面与底火表面垂直距离，即为底火装配深度。

2　光切法枪弹底火装配深度检测系统原理

2.1光切法原理

光切法(Light-sectioning method)，又称结构光图像法[1](Strutted Light Image)，是近十年发展起来的一种非接触测量摄影测量法，原理如图1所示。将一束平行光带以α角度投射于被测表面，光带与被测表面轮廓相交的曲线影像即反映了被测表面的微观几何形状。投射光在工件表面的反射可能是有规则的反射，也可能是无规则的漫反射，研究表明只有当α=45°时，二者物面模糊程度的影响是相等的，而且是最清晰的[1]。如图1，光源发出的光线经狭缝后，形成一束光带，此光带以45°角度方向与被测工件表面相截，若工件表面轮廓为如图1所示的台阶面，则在光带投射方向相应的反射方向上，通过显微镜就可以看到如图所示的图像。图1为光切法原理图。台阶高度h和宽度s的计算公式如下：

其中，h″和s分别为显微镜中对应的台阶高度与宽度；v为物镜的放大倍数。

图1　光切法原理图

2.2系统测量原理

光源发出的光经聚光镜形成平行光后，经狭缝形成一束光带照射到被测物体上，在被测物体的表面产生一条极薄的明亮光带，传统的光切法测量是人眼通过目镜观察形成的轮廓图像，我们在光切显微镜目镜分化板位置安装一个CCD摄像头(替代人眼)[2]，被测表面经光学系统照明后，反射得到的图像，由CCD摄像头接收，并形成视频信号，将其输入图像采集处理系统—图像卡，图像卡将CCD输出的视频信号转换为数字信号后，通过PCI总线传送到计算机内存，计算机得到的是包括工件表面的二维轮廓信息的数字图像，即为两条光带图像，我们利用数字图像处理技术，对采集的图像进行分析与计算，就能够得到我们需要的轮廓曲线，从曲线上各点的数值即可计算出底火装配深度值，从而达到测量的目的。系统组成框图如图2所示，系统测量原理见图3。

图2　系统组成框图

图3　系统原理图

3　编程实现

首先对图像进行预处理[3]：包括真彩色转换为灰度图像、图像二值化、图像的中值滤波、图像切割、图像的膨胀、图像的腐蚀、图像的翻转等一系列的图像处理过程。

由于光照、亮度、背景色等因素的影响，对于不同的图像二值化时的阀值不同[4]。本实验对标准件图像的二值化阀值取0.7，对待检件的四幅图像的二值化阀值取0.2。

实验采用对标准件标定的方法，即在同样测量条件下，求出标准件在计算机中垂直方向上象素的个数，再用标准件的实际尺寸与象素数进行比值，即求出标定系数K，分别对不同情况下采集到的光带图像进行了处理与计算，从而得出被测弹底火深度实际尺寸。图4为CCD获取的工件表面光带图像及处理后图像。

以标准件图像为例，已知此两幅图像中两条光带落差的中心距为0.20 mm，由此已知距离测出图像中每个象素点对

应的实际尺寸。然后测出采集到的待检工件图像中两条光带落差的中心距所占的象素个数，由标定系数，即得待检工件图像中底火装配深度的实际尺寸。合格品范围为(0.07 mm～0.17 mm)，不合格品由剔除电磁铁剔除。

图4　CCD获取的工件表面光带图像及处理后图像

4　结论

系统克服了传统机械测量的种种弊端，实现了全自动、快速测量，操作简便，测量过程无须人为干预，立即测量，即在CCD捕捉被测对象的视频信号后，立即将图像交给计算机处理，适合在线测量。

将CCD技术应用于光学图像采集，传输，显示，控制，完成了传统光学显微图像观察从单人目视主观观察到光电采集、传输和存取显示以及计算机化的技术跃进。

由原来的点测量实现了线测量，由原来的接触式测量实现了非接触式测量，原有系统只能进行定性测量，本系统实现了定量测量，提供检测数据和检测误差带，解决了原有测量系统中偏底火难以测量的难题，并可以对疵病进行修复。

本系统是一个光、机、电、算相结合的一体化系统，在测量过程中，人为因素的影响大为降低，测量速度和自动化程度大为提高。弹底被测部位经光路系统的一级放大后，图像成像在摄像头的面阵CCD上，而CCD上的象素点与显示器上的象素点一一对应，CCD的每两个象素点间距为14，14寸显示器每两个象素点间距大约0.3 mm，这样在显示器上最后显示的图像实际是被测部位的数百倍。对放大后的图像进行计算处理显然大大提高了测量的分辨力，进一步提高了测量的准确度。

[1]袁长良.表面粗糙度及其测量[M].北京：机械工业出版社，1990.

[2]萧择新.工程光学设计[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]王庆有.CCD应用技术[M].天津：天津大学出版社,1994.

[4]Rafael C.Gonzalez Rachard E.Woods.数字图像处理[M].北京：电子工业出版社，2005.

Research on a New Detection Method for Bullet Primer Assemble Depth

He Jun

(TheMilitaryRepresentativeOfficeofPLAinNo.201ResearchInstitute,Beijing100072,China)

There are some drawbacks in bullet primer assemble depth detection in our country. This paper presents a non-contact method for bullet primer assembly depth detection based on light-section method. The structured light exposes the bullet primer, then cut the contour of the bullet’s bottom surface based on the principle of light-section method. A CCD camera is placed on the reticule to gather the amplifying contour of bullet’s bottom surface, then gather the primer assemble depth dimension based on the technology of digital image processing. It is significant to raise the detection efficiency for bullets primer assembles depth and the automation degree as well as the accuracy of detection.

light-sectioning method; CCD; image processing

2016-06-12

何军(1979- )，男，山东平原县人，硕士研究生，研究方向：检测技术及自动化装置。

1674- 4578(2016)04- 0090- 02

TP 391.41

A