DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

DIPLOMOVÁ PRÁCE

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Ústav automatizace a měřicí techniky
DIPLOMOVÁ PRÁCE
Řízení prohlížečky lahví BTCAM 612
(restricted version, reprint 2005)
Brno 2001
Jaromír Brambor
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem pUedloženou diplomovou práci zpracoval sám s konzulta7ní
pomocí vedoucího projektu a uvedených konzultant].
Použité literární prameny jsou uvedeny v literárních odkazech.
Jaromír Brambor, v.r.
PodEkování
ChtEl bych na tomto místE podEkovat Ing. Petru Petyovskému za jeho ochotu pUi
konzulta7ní 7innosti a vedoucímu práce Doc. Ing. Jozefu Honcovi, Csc. za jeho
cenné rady a pUipomínky pUi Uešení.
Speciální podEkování patUí Ing. Stanislavu Forejtovi z firmy NATE a.s. ChotEboU, za
vynikající spolupráci pUi uvádEní stroje EXAN 06 CCD s prohlíže7kou BTCAM 632
do provozu.
Vysoké u7ení technické v BrnE
Ústav automatizace a mEUicí techniky
Tízení prohlíže7ky lahví BTCAM 632
Diplomová práce
Specializace:
Kybernetika, automatizace a mEUení
Autor:
Jaromír Brambor
Vedoucí:
Doc. Ing. Jozef Honec, CSc.
ABSTRAKT
Tato práce popisuje realizaci zabezpe7ení 7innosti prohlíže7ky BTCAM 632
a odzkoušení navržených metod v reálných provozních podmínkách.
Používá P/T Petriho sí[ jako modelovací nástroj pUi návrhu komunika7ního protokolu
a jeho odzkoušení. Je popsána P/T Petriho sí[ modelující komunikaci s nadUazeným
systémem. P/T Petriho sí[ je využita i pUi modelování paralelních proces] v programu, do
kterého byla komunikace zakomponována. Je popsáno obvodové zapojení Uídící logiky
realizující komunikaci a zabezpe7ující sou7innost všech subsystém] prohlíže7ky.
Dále
se
zabývá
navržením
metody
kontinuálního
Uízení
expozi7ní
doby
programovatelné CCD kamery, která pracuje v nestandardním stroboskopickém režimu. Jsou
diskutovány problémy pUi synchronizaci kamer.
Je popsán standardizovaný postup seUízení prohlíže7ky pUi její instalaci do pr]myslu.
Klí7ová slova: P/T Petriho sí[, komunikace, expozice, CCD kamera
Brno University of Technology
Faculty of Electrical Engineering and Computer Science
Department of Control and Instrumentation
The control of the bottle viewer BTCAM 612
Diploma Thesis
Specialisation of study: Cybernetics, Control and Measurement
Author:
Jaromír Brambor
Supervisor:
Doc. Ing. Jozef Honec, CSc.
ABSTRACT
This diploma work describes the realization of bottle viewer BTCAM 612 activity
ensuring and proving of designed methods in real plant.
It uses P/T Petri net as a modeling tool when a new communication protocol is beeing
designed and proved. P/T Petri net, which models communication with the superior system, is
described. P/T Petri net is also utilized for parallel proceses modeling in the program, to
which was the communication composed. It is described a wiring, which realizes
communication and cooperation of all subsystems of the viewer.
It is presented a method of a continuous exposure control of the programmable CCD
camera. This camera works in non-standard stroboscopic mode. Problems with the camera
synchronization are discused.
It is described a standard routine for viewer installation setting in industry.
Key words: P/T Petri net, communication, exposure, CCD camera
ÚSTAV AUTOMATIZACE A MDTICÍ TECHNIKY
OBSAH
OBSAH....................................................................................................................3
1.
Úvod do problému ............................................................................................4
1.1 Úvod..................................................................................................................4
1.2 Inspek7ní zaUízení pro kontrolu kvality láhví ...................................................6
1.2.1 Popis ......................................................................................................6
1.2.2 Lineární provedení ................................................................................7
1.2.3 Rota7ní provedení .................................................................................8
1.3 Inspek7ní zaUízení pro kontrolu láhví EXAN 06 CCD a prohlíže7ka láhví
BTCAM 612 .....................................................................................................9
1.4 6lenEní diplomové práce ................................................................................11
1.5 Použité zkratky, zna7ení a názvosloví ............................................................12
2. VÝCHOZÍ STAV ............................................................................................33
3. ROZBOR PROBLÉMU A FORMULACE ÚLOHY...................................34
3.1 Rozbor problému.............................................................................................14
3.2 Formulace úlohy..............................................................................................16
4. P/T PETRIHO SÍTD .......................................................................................37
4.1 Matematické definice .....................................................................................18
5. POPIS PROHLÍŽE6KY BTCAM 632 .........................................................22
5.1 Principy optické detekce vad láhví .................................................................23
5.2 OsvEtlení scény ...............................................................................................24
5.2.1 Inspekce hrdla s reflexním uspoUádání osvEtlení ................................24
5.2.2 Inspekce dna s transmisním uspoUádáním osvEtlení ...........................24
5.3 Sou7ásti prohlíže7ky BTCAM 612 .................................................................26
5.3.1 Moduly ................................................................................................26
5.3.2 Propojovací kabely..............................................................................26
5.3.3 Softwarové vybavení...........................................................................27
6. PROCESNÍ JÁDRO........................................................................................30
6.1 Model procesního jádra pro jeden pohled.......................................................30
6.2 6innost v režimu mEUení .................................................................................32
1
6.2.1 Popis 7innosti modelu .........................................................................33
6.2.2 6asové pr]bEhy...................................................................................35
6.3 6innost v seUizovacím režimu.........................................................................36
7. KOMUNIKA6NÍ JÁDRO..............................................................................37
7.1 Rozbor komunikace ........................................................................................37
7.2 Návrh komunikace ..........................................................................................37
7.2.1 Vstupy .................................................................................................37
7.2.2 Výstupy ...............................................................................................38
7.2.3 6asování komunikace .........................................................................40
7.2.4 Model komunikace a 7asové pr]bEhy .................................................42
7.3 Realizace komunikace.....................................................................................51
8. CCD KAMERA MODICAM 632 ..................................................................52
8.1 CCD obrazový sníma7 ICX039DLA ..............................................................52
8.2 Kamera s CCD sníma7em ...............................................................................54
8.3 Storboskopický režim kamery s plnou synchronizací vnEjším požadavkem a
kamerou Uízeným zábleskem...........................................................................56
8.4 Stroboskopický režim kamery s plnou synchronizací vnEjším požadavkem a
možností Uízení expozi7ní doby ......................................................................56
8.5 Pseudokontinuální režim stroboskopické kamery...........................................58
9. EXPOZIMETR................................................................................................59
9.1 Teoretický popis funkce expozimetru.............................................................60
9.2 Realizace expozimetru ....................................................................................63
30.
TÍDICÍ KARTA BOTCTRL .....................................................................67
10.1.1 VnitUní zapojení hradlového pole „ADRES 1016“............................67
10.1.2 VnitUní zapojení Uídicího hradlového pole „MAIN 1032“.................68
10.1.3 Blok Uízení doby expozice kamery dna EXP_CTRL.........................69
33.
TECHNICKÉ TEŠENÍ PROBLÉMU SOU6INNOSTI KAMERY A
EXPOZIMETRU.............................................................................................73
32.
OPTICKÉ A METROLOGICKÉ SETÍZENÍ PROHLÍŽE6KY..........73
33.
EXPERIMENTÁLNÍ VÝSLEDKY ..........................................................74
2
13.1 MEUení závislosti intenzity osvEtlení v místE mEUení na intenzitE osvEtlení na
matnici.............................................................................................................74
13.2 MEUení pUevodní charakteristiky expozimetru na kartE BOTCTRL ..............78
13.3 MEUení parametr] zdroje osvEtlení pro mEUicí místo dno ..............................81
13.4 Hazardy na kamerovém spouštEcím signálu..................................................83
13.5 Zkušební provoz v pivovaru REBEL Havlí7k]v Brod ..................................85
34.
ZÁVDR ........................................................................................................87
SEZNAM PPTÍLOH ...........................................................................................89
LITERATURA .....................................................................................................93
3
3.
3.3
ÚVOD DO PROBLÉMU
ÚVOD
Jedním z významných, dynamicky se vyvíjejících obor], které lze spole7nE
ozna7it pojmem umElá inteligence, je po7íta7ové vidEní. Je to obor, který se za7al
prudce rozvíjet s pUíchodem digitální techniky schopné zaznamenat obrazovou
informaci a dále ji zpracovat. Díky pUesnEjšímu a rychlejšímu zpracování informací
digitálním po7íta7em tak po7íta7ové vidEní proniklo i do mnohých oblastí, ve
kterých mEl 7lovEk vždy výsadní postavení a to zejména díky své schopnosti vidEt
a následnE rozpoznávat.
Je proto naprosto samozUejmé, že dUíve pouze vizuálnE, 7lovEkem provádEná
kontrola 7istoty umytých láhví je dnes nahrazena strojem, pUesnEji inspek7ním
zaUízením pro kontrolu kvality láhví. Díky dostate7nému výpo7etnímu výkonu
dnešních procesor] je tak možné 7lovEka na místE kontroly nejen nahradit, ale
dokonce pUekonat i kvalitu jeho práce. Spolehlivost kontrol u prohlíže7ky popsané
v této práci je vyšší než 99,9 %. Je tedy nesrovnatelnE vyšší, než jakou lze zajistit
lidskou obsluhou u prosvEtlova7], kde se kromE nezaru7itelné spolehlivosti
vyhodnocení a pUi vyšších výkonech prakticky nemožné spolehlivé kontroly,
negativnE uplatOují i únava, jednotvárnost 7innosti, hygiena práce a nutnost ochrany
zdraví zamEstnanc].
Jedním z takových inspek7ních zaUízení na kontrolu kvality láhví je
i EXAN 06 CCD, zaUízení vyrábEné firmou NATE ChotEboU, jehož jádrem je
vizuální systém – kamerová prohlíže7ka láhví BTCAM 612 firmy CAMEA Brno.
Prohlíže7ka je ur7ena pro danou aplikaci k inspekci hrdla a dna láhví. Pro snímání
obrazu využívá kamer s 7ernobílými CCD 7ipy ICX039DLA firmy SONY a pro
digitalizaci a zpracování obrazu používá karet se signálovými procesory Texas
Instruments TMS320C32.
4
Tato práce popisuje technické Uešení zabezpe7ení spolehlivé sou7innosti
všech subsystém] prohlíže7ky BTCAM 612, dále technické Uešení standardizace
seUízení všech subsystém] a experimentální výsledky získané pUi zkušebním provozu
na zkušebním okruhu v NATE ChotEboU a v reálném provozu – v pivovaru REBEL
Havlí7k]v Brod na stroji EXAN 06 CCD.
Tato práce vznikla ve spolupráci s firmami:
CAMEA spol. s r.o., Brno,
NATE a.s., ChotEboU,
Pivovar REBEL, Havlí7k]v Brod.
5
3.2
INSPEK6NÍ ZATÍZENÍ PRO KONTROLU KVALITY LÁHVÍ
3.2.3 Popis
Inspek7ní zaUízení pro kontrolu kvality láhví jsou, jak napovídá jejich název,
zaUízení ur7ená ke zjiš[ování vad na povrchu nebo uvnitU láhve. ObecnE se jedná
o stroje, které neprovádí pouze jedinou kontrolu, ale jsou v nich soustUedEny
jednotky nEkolika kontrol na detekci r]zných druh] vad. Pro kontrolní zaUízení na
výstupu mycí linky, což je pUípad stroje zmiOovaného v této práci, pUipadají v úvahu
tyto kontroly:
1) kontrola výšky nebo tvaru
2) kontrola zbytkové kapaliny nebo louhu
3) kontrola zbytkové kapaliny nebo tenké vrstvy louhu pomocí ultrazvuku
4) optická kontrola vad na stEnE
5) optická kontrola závit] na hrdle
6) optická kontrola vad hrdla
7) optická kontrola vad na dnE
Kontroly 7. 1 až 3 zajiš[uje systém stroje. Optické kontroly v bodech 4 až 7
zajiš[uje kamerová prohlíže7ka. PUed pUíchodem digitálních kamer a metod
zpracování obrazu do tohoto oboru byly tyto kontroly postaveny na jiných principech
(vEtšinou mechanicko-elektronických). Kamerová prohlíže7ka svými možnostmi
pUinesla do tohoto oboru zvýšení pUesnosti detekce vad a možnost softwarového
Uešení vlastního vyhodnocení. UmožOuje vytvoUení klasifika7ních metod pUímo na
míru vadám, které mají být detekovány.
Kontrola zbytkové kapaliny 7i louhu je pro výrobce kritická a proto ji obsahuje
každý na trhu prodávaný stroj. Sestava optických kontrol na stroji je modifikovatelná
podle potUeb a pUání zákazníka, mj. i z d]vodu jejich vyšší ceny.
Prohlíže7ka láhví BTCAM 612 má zakomponovanou optickou kontrolu vad
hrdla a dna. Je možné rozšíUení stávajícího systému o další dva pohledy, tedy i na
kontrolu vad na bocích láhví, popU. i závit] na hrdle.
6
Výrobci zaUízení pro nápojový pr]mysl nabízí r]zná mechanická Uešení stroj]
v r]zných cenových relacích. Hlavním kritériem pUi výbEru stroje zákazníkem je
maximální výkon, který u nEkterých stroj] dosahuje až 60000 láhví/hodinu,
a možnost inspekce více druh] láhví. Maximální výkon vEtšinou rozhoduje i o cenE
celého stroje. Existují dva principy konstruk7ního provedení stroje, odlišující se
zp]sobem vedení láhví:
-
lineární, kdy je láhev vedená v pásech a pohybuje se lineárnE,
-
rota7ní, kdy jsou láhve pUi pr]chodu strojem uchyceny v karuselu.
3.2.2 Lineární provedení
Lineární provedení se vyzna7uje vysokým jmenovitým výkonem a možností
rychlé
zmEny typu kontrolované láhve (pUestavení stroje bývá nEkdy i plnE
automatické). Protože se vEtšinou jedná o složitý stroj, obsahuje i výkonnou Uídicí
jednotku, 7asto tvoUenou programovatelným automatem. Hlavní nevýhodou stroje
v tomto provedení je, s pUihlédnutím ke zmínEným fakt]m, jeho vysoká cena.
PUíkladem lineárního provedení m]že být stroj EXAN LINE a EXAN 07 firmy
NATE, Uada Linatronic firmy Krones, stroj VT800 firmy Inex Vision Systems, stroj
David firmy Heuft atd.
a)
b)
obr. 3 a) Instalace zaUízení NATE EXAN 07 do výrobní linky,
b) Detail provedení vodících pás] zaUízení KRONES Linatronic 732
7
3.2.3 Rota7ní provedení
Hlavní výhodou rota7ního provedení je jeho konstruk7ní jednoduchost
a pUesto univerzálnost a v porovnání s lineárním provedením relativnE nízká cena.
Pro svoji jednoduchost totiž nepotUebuje pro Uízení nákladný programovatelný
automat, posta7ují jednoduché a levné Uídící jednotky. Karusel není pohánEný
vlastním pohonem, otá7í se pouze tlakem láhví pohybujících se po pUívodních
pásech. Z toho plynou i nEkterá teoretická omezení, napU. nelze kontrolovat pouze
jedinou láhev a nEkolik posledních láhví na lince. Prakticky však nepUicházející do
úvahy, protože se pUedpokládá provoz linky po dobu minimálnE jedné smEny. Za
jednoduchost a univerzálnost je nutné zaplatit i nižším komfortem pUi zmEnE typu
láhve na lince. Tato zmEna se provádí ru7ní výmEnou karuselu za jiný, specifický
karusel pro každý typ láhve, a následným pUestavením stroje.
PUesto existují provozy, zvláštE ty, které nemEní 7asto typ láhve, pro které je
tento stroj ideální kombinací jednoduchosti a ú7elnosti.
Do kategorie takových stroj] patUí napU. stroje EXAN 05 a EXAN 06 CCD.
a)
b)
obr. 2 a) ZaUízení NATE EXAN 05, b) zaUízení NATE EXAN 06 CCD
8
3.3
INSPEK6NÍ ZATÍZENÍ PRO KONTROLU LÁHVÍ
EXAN 06 CCD A PROHLÍŽE6KA LÁHVÍ BTCAM 632
Prohlíže7ka láhví BTCAM 612 je ur7ena k optické kontrole kvality láhví.
Jako samostatná vyhodnocovací jednotka je nezávislá na vlastním provedení stroje.
V rámci této práce byla zakomponována do stroje EXAN 06 CCD s rota7ním
vedením láhví. Za pUedpokladu dodržení komunika7ního protokolu a definovaných
technických postup] pro seUízení je však možné ji zakomponovat do jakéhokoliv
jiného stroje, nezávisle na jeho provedení. PUedpokladem pro mEUení je pouze
pUítomnost láhve v mEUicím místE v dobE mEUení a definované osvEtlení. PUíkladem
m]že být plánovaná instalace této prohlíže7ky do stroje EXAN 07 CCD – stroje
s lineárním vedením láhví a 7tyUmi mEUícími místy, jmenovitE s kontrolou hrdla, dna
a dvojitou kontrolou stEny láhve.
Stroj EXAN 06 CCD umožOuje kontrolu tvarovE shodných láhví r]zné barvy
7i odstínu barvy. Pro kontrolu dalšího druhu láhví je nutné mechanické pUestavení
pomocí sad výmEnných díl]. ZaUízení vyUazuje vadné láhve na kontrolní st]l
pUipojený na výstupu stroje. Je vhodné pro stUední výkony okolo 30000 láhví/hod.,
kdy jsou již možné pomErnE velké po7ty vyUazených lahví za
krátkou dobu.
Podmínkou pro nasazení do provozu je Uízená doprava v okolí stroje.
ZaUízení je sestaveno na nerezové základové desce umístEné na podstavci se
7tyUmi výškovE stavitelnými nohami. Na základovou desku se pUipevOuje vstupní
dopravník a výstupní dopravník s pUipojeným kontrolním stolem. V zadní 7ásti
základové desky jsou na spole7né hUídeli umístEna dvE hvEzdicová kola, která jsou
na hUídeli volnE oto7ná a slouží k pUenosu láhví nad mEUicím místem kontroly dna.
Zde je láhev prosvEtlována zespodu skrze pevnou matnici výkonnou žárovkou. Dna
láhví jsou ofukovány tlakovým vzduchem, aby byla odstranEna voda a zbytky
mazací pEny, proud vzduchu zároveO chladí matnici. PUenášené láhve jsou
k hvEzdicovým kol]m pUitla7ovány pásy, které jsou nataženy prostUednictvím dvou
pár] kladek. HvEzdicová kola s láhvemi nemají vlastní pohon, otá7ejí se tlakem láhví
pUivádEných pásovým dopravníkem.
Blízko výstupu stroje je umístEna kontrola ústí hrdel láhví. Nad
procházejícími láhvemi pUenášenými hvEzdicovými koly je umístEna skUíO
9
10
elektroniky, která je výškovE i radiálnE stavitelná podle typu prohlížených lahví a ve
které jsou umístEny elektronické vyhodnocovací prvky a optická 7ást kontroly dna.
Na 7elním panelu skUínE je umístEn barevný plochý TFT monitor, který slouží ke
kontrole a seUizování CCD kontrol.
Na výstupu ze zaUízení je ve smEru kolmém na smEr pohybu lahví umístEna
vyUazovací
pneumatická
jednotka.
Na
boku
zaUízení
je
umístEna
skUíO
s pr]myslovým po7íta7em, který zabezpe7uje chod vizuálního systému prohlíže7ky.
Na obr. 3 je znázornEno celkové uspoUádání stroje pUi zakomponování do linky
(je pUipojen vyUazovací st]l) a jsou vyzna7ena umístEní jednotlivých kamerových
kontrol.
pneumatické vyUazování
vstup
mEUicí místo dno
vyUazování láhví na
vyUazovací st]l
výstup
mEUicí místo dno
skUíO s IPC
obr. 3 Situa7ní p]dorys stroje EXAN 06 CCD
3.4
11
6LENDNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE
Protože jsou zkoumané a Uešené problémy ponEkud širší a vzájemnE se
prolínají, bylo pUikro7eno k ponEkud nestandardnímu rozdElení diplomové práce.
Každá kapitola popisuje ur7itý Uešený problém a je chápána jako samostatný celek.
Proto je u vEtšiny kapitol na za7átku uveden teoretický úvod, rozbor úlohy, popU.
vysvEtlení funkce následované popisem realizace a pUípadným odkazem na
experimentální výsledky nebo pUílohy.
Zvláštní kapitoly tvoUí teoretický popis P/T Petriho sítí, které jsou dále
využity ve dvou kapitolách pUi modelování funkce algoritm], a experimentální
výsledky.
VEtšina popisovaných problém] je mnohem názornEji vysvEtlitelná na
obrázcích a blokových schématech než pouhým textovým popisem, proto bloková
schémata, snímky z kamer, 7asové diagramy a jiná grafická vyobrazení tvoUí
významnou 7ást této práce.
V oddílu „PUílohy“ jsou pUipojeny výkresy schémat zapojení a
další
dokumenty. Ty jsou také sou7ástí vlastního technického Uešení, ale jejich d]ležitost
není tak zásadní, aby musely být vloženy ho hlavního textu. Do pUíloh byl pUesunut
i vypracovaný zp]sob optického a metrologického seUízení stroje, který, pUestože je
jedním z hlavních bod] diplomové práce, má charakter technologického postupu
a jeho vložení do hlavního textu by bylo znepUehledOující.
3.5
POUŽITÉ ZKRATKY, ZNA6ENÍ A NÁZVOSLOVÍ
Zkratky
IPC
– pr]myslový po7íta7 (angl. industrial PC),
SW
– software, programové vybavení,
HW
– hardware, fyzické zaUízení, fyzické obvodové zapojení.
DSP
– signálový procesor (angl. digital signal processor)
LSB resp. MSB – bit s nejmenší resp. nejvEtší váhou (z angl. least resp. most
significant bit),
Názvosloví
Termín „vroubkování“ je technický termín pUevzatý z [5], ozna7uje vnEjší oblast dna,
která je tvoUena reliéfním zesílením sklenEného materiálu do tvaru vroubk].
Zna7ení
Symbolem 0xN bude zapisováno hexadecimální 7íslo N.
Pro zvýšení pUehlednosti jsou v textu odlišeny následující odlišným formátováním
textu:
PETRI_NET
– název místa, pUechodu nebo hrany v Petriho síti,
SIGNÁL
– název signál],
Konektor
– název konektrou,
„Kapitola“ – název specifického odkazu popU. hesla vyžadujícího zvláštní
pozornost (odkaz na kapitolu, na tla7ítko v programu atd.) je uzavUen
do uvozovek.
12
2.
VÝCHOZÍ STAV
Kamerová prohlíže7ka láhví BTCAM 612 byla p]vodnE ur7ena pro stroj
EXAN LINE pro kontrolu hrdla, dna a stEny umytých láhví. Na tomto stroji ale
nakonec nebyla finálnE realizovaná z d]vodu zastavení projektu LINE. Projekt
kamerové prohlíže7ky BTCAM 612 pro stroj EXAN 06 CCD tak byl na po7átku
diplomové práce pouze v za7átcích, 7áste7nE rozpracovaný, pouze s nEkolika díl7ími
výsledky a bez jasných metodických postup] a zavedených technických specifikací,
které by bylo možno pUevzít a využít beze zmEny.
Výchozí stav je možné charakterizovat nEkolika body:
Hardware:
-
existující a pozdEji použitý zdroj zábleskového osvEtlení pro hrdla,
-
odlišný zdroj svEtla pro kameru dna (zábleskový, svEtlo bylo difúzní po
odrazu od bílé matné plochy),
-
ještE neimplementovaná jednotka kontroly dna,
-
na desce BOTCTRL nebyl odzkoušený expozimetr,
-
existující Uídící deska BOTCTRL,
-
nebyla navržena metoda pro Uízení expozice kamery pro dno.
Software:
-
zastaralá verze procesního jádra (pozdEji byla nahrazena novou verzí),
-
komunikace s nadUazeným systémem byla navržena pro EXAN LINE jako
sériová,
-
existující a 7áste7nE fungující algoritmy hrdla,
-
po7áte7ní verze algoritm] pro kontrolu dna byla vytvoUena, ale nebyla
zakomponovaná do softwaru prohlíže7ky,
-
algoritmy nebyly dostate7nE odzkoušeny.
Ostatní:
-
neexistující dokumentace,
-
nevytvoUený metodický postup pro seUízení kamer a parametr] algoritm],
-
neznámé chování celého systému pUi dlouhodobém chodu.
13
3.
14
ROZBOR PROBLÉMU A FORMULACE
ÚLOHY
Hrubá struktura prohlíže7ky byla na po7átku práce dána, taktéž komponenty
prohlíže7ky byly na po7átku práce k dispozici. Vzhledem k rozpracovanosti projektu
prohlíže7ky ale bylo nutné postupovat systémovE, od základ] a s dokonalým
obeznámením funkcí všech subsystému jak softwaru, tak hardwaru. Jen tak mohla
být prohlíže7ka úspEšnE instalována na stroj EXAN 06 CCD.
3.3
ROZBOR PROBLÉMU
Bylo nutné vypracovat teoretický rozbor chování expozimetru, jeho vlastností
a upravit obvodové schéma tak, aby bylo možné spolehlivE a pohodlnE seUídit
expozi7ní dobu na požadovaný rozsah. ExperimentálnE ovEUit jeho chování
v laboratorních i provozních podmínkách.
S expozimetrem souvisí i synchronizace kamery pro pohled na dno, kde bylo
nutné vyUešit otázku promEnné expozi7ní doby kamery. Bylo tedy nutné zasáhnout
do 7ásti obvodového Uešení Uídící logiky kamery. NáslednE bylo nutné odladit
spolehlivou 7innost kamery jak v laboratoUi, tak i v provozních podmínkách.
Karta BOTCRTL obsahuje Uídící hradlové pole. Poskytuje možnost rychlého
uživatelského propojení jednotlivých blok] na kartE, tedy opticky oddElených vstup]
a výstup] na kartE, expozimetru, D/A pUevodníku pro referen7ní hodnotu
expozimetru a signál] z konfigurovatelné CCD kamery spolu s po7íta7em a jeho
softwarem
pomocí
sbErnice
ISA.
Bylo
nutné
vyvinout
zapojení
logiky
v programovatelném hradlovém poli tak, aby karta BOTCTRL byla Uídící kartou
prohlíže7ky a realizovala hardwarové propojení všech subsystému a ošetUovala
hardwarovou 7ást komunikace s nadUazeným systémem.
Bylo nutné se obeznámit se strukturou a funkcí Uídícího stavového automatu,
který zajiš[uje sou7innost kamer, digitaliza7ní jednotky a proces] výpo7t]
klasifika7ních algoritm].
Softwarová 7ást vlastního Uešení zahrnuje zajištEní komunikace s nadUazeným
systémem (její softwarové 7ásti), její spolehlivé zakomponování do již stávajícího
procesního jádra a synchronizaci s funkcí celé prohlíže7ky. Spolehlivou komunikaci
bylo nutné ovEUit.
Další neménE d]ležitou 7ástí bylo seUízení prohlíže7ky. Bylo nutné nastavit
expozimetr do pracovního rozsahu a vypracovat standardní postupy pro seUízení
klasifika7ních algoritm]. SeUízení klasifika7ních algoritm] souvisí velmi úzce se
seUízením kamerových pohled]. PUi opakované instalaci na více strojích je
standardizace seUízení bezpodmíne7nE nutná, protože primární podmínkou pro
korektní funkci algoritm] je, aby byl snímek získaný z kamery nezávislý na
svEtelných podmínkách stroje 7i odlišnostech pUi jeho mechanické konstrukci (aby
byl standardní). Pojmem standardní snímek se rozumí snímek, pro který byly
navrženy klasifika7ní algoritmy. Bylo tedy nutné vyvinout postupy pro seUízení
subsystém] (jak hardwaru tak softwaru) tak, aby spole7nE tvoUily jediný funk7ní
celek. Tato 7ást je v práci nazvaná optickým a metrologickým seUízením stroje.
Vyvinuté standardy pUi seUízení stroje bylo pozdEji možné ovEUit pUi tUech
instalacích prohlíže7ky BTCAM 612 na stroje EXAN 06 CCD.
15
3.2
16
FORMULACE ÚLOHY
Úloha byla roz7lenEna na nEkolik díl7ích 7ástí:
•
ZajištEní spolehlivé funkce expozimetru.
•
ZajištEní spolehlivé sou7innosti kamer, zejména kamery pro pohled na dno,
s ostatními subsystémy.
•
Návrh, realizace a odzkoušení komunikace s nadUazeným Uídicím systémem.
•
Zakomponování této komunikace do stávajícího procesního jádra.
•
Návrh obvodového zapojení v programovatelném hradlovém poli karty
BOTCTRL.
To
musí
realizovat
hardwarovou
7ást
Uízení
prohlíže7ky
a hardwarovou 7ást komunikace s nadUazeným systémem.
•
Vypracování standardních postup] pro seUízení všech systém] prohlíže7ky a pro
zadávaní parametr] pro algoritmy rozpoznávání vad.
•
Experimentální ovEUení.
4.
P/T PETRIHO SÍTD
P/T Petriho sítE (angl. Place/Transition Petri net) jsou v této práci použity
k modelování 7innosti popisovaných systém], jmenovitE procesního jádra programu
a komunika7ního jádra programu. K modelování pomocí P/T Petriho sítí bylo
pUikro7eno vzhledem k tomu, že umožOují jednozna7ný matematický popis stav]
programu a jednoduchost vyjádUení paralelního chodu proces]. Další velkou
výhodou Petriho sítí, které bylo také využito, je pUehlednost jejich grafické
reprezentace.
Petriho sítE vznikly rozšíUením modelovacích možností kone7ných automat].
Základním prostUedkem popisu zmEny v modelovaném systému pUi použití
kone7ného automatu je pojem stav a pUechod mezi stavy. Stav systému modelovaný
kone7ným automatem je jednozna7nE ur7en prvkem množiny stav]. Petriho sí[ lze
chápat jako automat, který definuje chování systému posloupnostmi odpovídajícími
parciálním zmEnám stav] systému odpovídajících parciálním událostem. Tyto
události jsou reprezentovány pUechody mezi stavy (angl. transitions). V pUípadE
Petriho sítí je okamžitý stav modelovaného systému konstituován ur7itými
parciálními stavy (napU. parciálními stavy paralelních proces]) logicky spojenými
s pUíslušnými místy sítE (angl. places). Dosažení jistého parciálního stavu je
ozna7ováno tzv. zna7ením místa (angl. token). Zna7ení místa je nezáporná
celo7íselná informace, která je graficky zakreslena ur7itým po7tem te7ek, které jsou
umístEny do pUíslušného místa.
6asto používaná (klasická) definice P/T Petriho sítE, viz. [1], je ale pro dané
modelovací požadavky ponEkud složitá, protože dovoluje specifikovat i ohodnocení
hran grafu sítE a kapacitu míst. Pro ú7ely této práce, kdy P/T Petriho sí[ má
modelovat pouze stavy systému a podmínEné pUechody do dalších stav] a hodnota
zna7ení míst nabývá pouze binární informace, ale zcela posta7uje jednodušší, níže
uvedená defince. Tato definice je používána zvláštE v americké odborné literatuUe
a je založena na ryzím chápání P/T Petriho sítE jako biparitního orientovaného
multigrafu (angl. bag). Výhodou této definice oproti klasické je odstranEní
pomocného pojmu sí[, striktní oddElení vstupních a výstupních hran pUechod]
17
18
pomocí vstupních a výstupních funkcí a implicitní pUedpoklad neomezené kapacity
místa. Na druhé stranE je nutné pracovat místo pojmu množina se zobecnEným
pojmem multimnožina. Multimnožina se od množiny liší tím, že pUipouští
vícenásobné výskyty téhož prvku. Pojem multigraf je pak zobecnEným pojmem graf,
kdy se pUipouští vícenásobné výskyty hran spojujících stejné vrcholy grafu. Pojem
biparitní znamená, že hrany spojují vždy prvek z jedné množiny (místo resp.
pUechod) s prvkem druhé množiny (pUechod resp. místo).
Použité symboly
-
symbolem a, b je zna7ena uspoUádaná dvojice prvk] a a b,
-
symbolem A je zna7en po7et prvk] množiny A,
-
symbolem σ −1 je zna7ena inverzní relace k relaci σ ,
-
symbolem Ν (kolmé písmo) je zna7ena množina pUirozených 7ísel.
4.3
MATEMATICKÉ DEFINICE
Matematické definice byly pUevzaty z literatury [1] a 7áste7nE modifikovány
pro potUeby této práce.
Definice 3
1) Je-li A multimnožina, pak symbolem A∞ je zna7en systém multimnožin
vytvoUených z prvk] množiny A
2) Nech[ B je multimnožina a b je jeí prvek. Symbolem # (B, b ) je zna7en po7et
výskyt] prvku b v B . Pak zUejmE
# (B, b ) = 0 ⇒ b ∉ B
(4.1)
̇
Definice 2
P/T Petriho sí[ (dále jen zkrácenE Petriho sí[) je pEtice N = (P, T , I , O, M 0 ), kde
1) P resp. T je kone7ná, neprázdná množina míst, resp. pUechod],
2) P ∩ T = ∅ ,
19
3) I : T → P ∞ je vstupní funkce, pUiUazující každému pUechodu multimnožinu
vstupních míst,
4) O : T → P ∞ je výstupní funkce, pUiUazující každému pUechodu multimnožinu
výstupních míst,
5) M 0 : P → Ν je po7áte7ní zna7ení Petriho sítE.
̇
Definice 3
Grafem Petriho sítE je orientovaný biparitní multigraf GN , GN = (H , P ∪ T , σ ), kde
množina hran H a inciden7ní relace σ jsou definovány takto:
σ : H → (P ∪ T )× (P ∪ T )
∀h ∈ H :
σ (h ) = p, t ⇔ p ∈ I (t ) nebo
σ (h ) = t , p ⇔ p ∈ O(t ) pro jisté t ∈ T a p ∈ P
(4.2)
A dále platí
∀p ∈ P, t ∈ T : σ −1 ( p, t
) = # ( p, I (t ))
a σ −1 ( t , p
) = # ( p, O(t ))
(4.3)
Definice 4
Nech[ N = (P, T , I , O, M 0 ) je Petriho sí[. Potom zobrazení M : P → Ν se nazývá
zna7ení (Marking) Petriho sítE N .
̇
Definice 5
1)
PUechod t ∈ T je proveditelný (enabled) pUi zna7ení M , stru7nEji M proveditelný ( M - enabled), jestliže
∀p ∈ P : M ( p ) ≥ # ( p, I (t )) .
2)
Je-li
pUechod t ∈ T
(4.4)
M - proveditelný, pak jeho provedením získáme
následné zna7ení M ′ ke zna7ení M , které je definováno takto:
∀p ∈ P : M ′( p ) = M ( p ) − # ( p, I (t )) + # ( p, O(t )) .
3)
(4.5)
provedení pUechodu t (transition firing) ze zna7ení M do zna7ení M ′ je
zapsáno symbolicky M [t M ′ .
20
Ozna7me symbolem [M nejmenší množinu r]zných zna7ení sítE N takovou,
4)
že platí:
a) M ∈ [M ,
b) je-li M 1 ∈ [M a pro nEjaké t ∈ T platí M 1 [t M 2 , pak M 2 ∈ [M .
Množina [M
se nazývá množinou dosažitelných zna7ení (reachability set) ze
zna7ení M. Množina [M 0
dosažitelných zna7ení z po7áte7ního zna7ení se nazývá
množinou dosažitelných zna7ení sítE N.
̇
Definice 6
Nech[ N = (P, T , I , O, M 0 ) je Petriho sí[ a [M 0 její množina dosažitelných zna7ení.
PUechodovou funkcí Petriho sítE N nazveme funkci δ:
δ : [M 0 × T → [M 0 , pro kterou
∀t ∈ T : ∀M , M ′ ∈ [M 0 : δ (M , t ) = M ′ ⇔ M [t M ′
(4.6)
PUechodová funkce δ m]že být zobecnEna na posloupnosti pUechod]:
δ : [M 0 × T ∗ → [M 0
(4.7)
takto:
δ (M , tτ ) = δ (δ (M , t )τ ), τ ∈ T ∗ ,
δ (M , e ) = M , kde e je prázdný symbol.
(4.8)
Posloupnost t ∈T ∗ nazveme výpo7etní posloupností Petriho sítE N , je-li pro ni
definována pUechodová funkce δ (M 0 , τ ) . Množina všech výpo7etních posloupností
charakterizuje chování Petriho sítE.
̇
Jestliže pro jisté zna7ení M ∈ [M 0 existují alespoO dva r]zné pUechody t1 , t 2 ∈ T ,
které jsou M - proveditelné a
a) existují výpo7etní posloupnosti α t1 t 2 β
a α t 2 t1 β pro jisté α , β ∈T ∗ , Pak
t1 a t 2 modelují dvE vzájemnE nezávislé události (operace) a mohou být
provedeny v libovolném poUadí. Mluvíme pak o paralelismu událostí (operací).
b) provedení pUechodu t1 , resp. t 2 znemožní provedení pUechodu t 2 , resp. t1 .
PUechody t1 , t 2 se v takovém pUípadE nazývají konfliktní pUechody. Mluvíme pak
o nedeterminismu poUadí.
Zavedená konvence
•
V grafické reprezentaci Petriho sítE je hodnota zna7ení místa p vykreslována
po7tem M ( p ) 7erných te7ek, pUípadnE 7íslem M ( p ) , je-li tato hodnota te7kami
obtížnE zobrazitelná.
•
V grafické reprezentaci je podmínka na pUechodu Petriho sítE zapsána do
hranatých závorek, tj. [podmínka]. Pokud není stanovena podmínka pUechodu,
tj. [-], a pUechod t je M - proveditelný, je tento pUechod proveden M [t M ′
okamžitE. Pokud není stanovena explicitní podmínka pUechodu, pUechod t je M proveditelný, ale jeho provedení je zpoždEno 7asovým zpoždEním τ , je toto
7asové zpoždEní vyjádUeno jako podmínka pUechodu, tj. [t = τ ].
•
PUesné matematické definice P/T Petriho sítí uvedených v této práci budou
nahrazeny jejich grafickou reprezentací. Grafická reprezentace sítE s po7áte7ním
zna7ením je ekvivalentní její matematickou definicí. Zápis podle definice 2 by
byl pro dané pUípady pUíliš složitý a nepUehledný.
21
5.
POPIS PROHLÍŽE6KY BTCAM 632
Prohlíže7ka BTCAM 612 je ur7ena pro zaUízení inspekce láhví EXAN 06
CCD. V provedení popsaném v této práci má dvE snímací místa (dvE kamery) pro
optickou kontrolu vad hrdla a dna láhví. Je možné ji rozšíUit až na 7tyUi kamery, pro
snímání láhví ze 7tyU pohled]. Koncep7ním Uešením prohlíže7ky je systém
distribuovaného snímání a vyhodnocení snímku s centrálním Uízením a sbErem dat.
obr. 4 Bloková struktura prohlíže7ky
Logicky a fyzicky je oddElena kontrola hrdla a dna. Každý pohled má svoji
kameru a svoji digitaliza7ní kartu
se signálovým procesorem pro vyhodnocení
snímku. Snímání a vyhodnocení láhví pro jednotlivé pohledy tedy probíhá oddElenE.
Spolehlivou synchronizaci, spouštEní a ukon7ování proces] v tomto systému
zajiš[uje procesní jádro uživatelského programu, tzv. Kernel, které má charakter
opera7ního systému reálného 7asu. Hardwarové zabezpe7ení synchronizace chodu
22
kamer a komunikace s nadUazeným systémem zajiš[uje karta BOTCTRL.
Uživatelský program bEží pod opera7ním systémem MS DOS.
Jako výpo7etní jednotky jsou použity PCI karty GX6 firmy CAMEA, které
zajiš[ují digitalizaci obrazu z CCD kamery a zároveO obstarávají i vlastní výpo7et
algoritm] nad snímkem. Digitaliza7ní a výpo7etní obvody sdílejí spole7nou pamE[,
je tedy možné provádEt výpo7et okamžitE po ukon7ení digitalizace snímku nad
stejnou pamEtí. Odpadají pUesuny pamE[ových blok] a ve výsledku to má za
následek zrychlení doby provádEní celého procesu vyhodnocení láhve, tedy doby od
okamžiku pUíchodu požadavku na vyhodnocení do okamžiku poskytnutí výsledk]
nadUazenému systému.
5.3
PRINCIPY OPTICKÉ DETEKCE VAD LÁHVÍ
Inspekce láhví na výstupu my7ky je zajiš[ována optickou detekcí vad a jejich
následnou klasifikací. PUi té je rozhodnuto, zda jsou nalezené vady pro pr]mysl
podstatné a láhev musí být vyUazena nebo zda jsou považovány za malé, popU. za
šum, a jsou ignorovány. V prohlíže7ce použity dvE odlišná uspoUádání snímané
scény, uspoUádání transmisní a reflexní. Odlišují se použitým principem osvEtlení
scény a možností detekovat specifické vady. U hrdla je vyžadována detekce
povrchových vad. PUevážnE se jedná o úlomky a výštipky skla z ústí hrdla, konkrétnE
dosedací plochy pro tEsnEní. Pro takové vady je ur7eno reflexní uspoUádání osvEtlení.
U dna je vyžadována detekce cizích pUedmEt] vhozených do láhve a zbytk] ne7istot.
Pro takové vady je ur7eno transmisní uspoUádání osvEtlení.
a)
b)
obr. 5 UspoUádání a) reflexní - poškozené hrdlo láhve, b) transmisní - vada na dnE láhve
23
5.2
OSVDTLENÍ SCÉNY
PUi instalaci, seUízení osvEtlení a Uízení expozice snímku je nutné maximálnE
dbát na kvalitu snímaného obrazu. Je tak možné již ve fázi snímání podstatnE
zvýraznit hledané vady a zjednodušit tak proces návrhu vlastních klasifika7ních
algoritm]. ZároveO je možné zabránit vzniku nežádoucích artefakt] v obraze, které
by jinak musely být kompenzovány složitEjšími metodami zpracování obrazu.
5.2.3 Inspekce hrdla s reflexním uspoUádání osvEtlení
Tímto osvEtlením je možné ve výsledném obraze zvýraznit povrchové vady
a co nejvíce potla7it vady uvnitU materiálu. Koeficient odrazivosti je možné pro
sklenEné láhve, které bývají na povrchu pokovené, považovat za konstantní. Je tak
možné získat u láhví s r]znou barvou prakticky stejný snímek. Z d]vodu vyššího
svEtelného výkonu je u prohlíže7ky BTCAM 612 použito zábleskové osvEtlení,
principiálnE je ale možné využít i osvEtlení kontinuálního.
obr. 6 Schéma uspoUádání reflexního osvEtlení pro kontrolu hrdla
5.2.2 Inspekce dna s transmisním uspoUádáním osvEtlení
Tímto uspoUádáním osvEtlení je možné zvýraznit vady viditelné pUi
prosvEtlení. Jedná se zejména o vady na vnitUním i vnEjším povrchu láhve, o vady
uvnitU materiálu, napU. poškození dna, a o velká vhozená cizí tElesa. Nevýhodou pUi
tomto osvEtlení jsou zna7né rozdíly koeficientu propustnosti kontrolovaných
sklenEných láhví a to jak u r]zných druh] láhví, tak i u mnoha láhví stejného typu.
PUíkladem m]že být typ láhve EURO, barevné varianty vyskytující se ve svEtE jsou
tmavE hnEdá, hnEdá, r]zné odstíny zelené a bílá. Prohlíže7ka musí být schopna
24
25
spolehlivE vyhodnotit jakýkoliv z tEchto odstín]. Korekci rozdíl] koeficientu
propustnosti láhví je možné zajistit dvEma zp]soby:
• kombinace kontinuálního osvEtlení a kamery s promEnnou expozi7ní dobou,
• kombinace zábleskového osvEtlení s promEnnou dobou záblesku a kamery
s pevnou expozi7ní dobou.
Stejných princip] je možné použít i pUi inspekci stEn láhví.
U prohlíže7ky BTCAM 612 instalované na stroji EXAN 06 CCD byl výbEr
zp]sobu korekce omezen konstruk7ním Uešením. Homogenní difúzní zábleskové
osvEtlení vyvinuté firmou CAMEA pro kontrolu dna tak muselo být nahrazeno
nepUíliš homogenním pUímým prosvEtlením výkonnou halogenovou žárovkou skrze
matnici. Tato žárovka je používána ve stoji ke kontrole zbytkové kapaliny. Parametry
tohoto svEtelného zdroje jsou popsány a diskutovány v kapitole „13.3.
MEUení
parametr] zdroje osvEtlení pro mEUicí místo dno“.
Volba korekce rozdíl] koeficient] propustnosti kontrolovaných láhví tak byla
omezena na kombinaci kontinuálního osvEtlení a kamery s promEnnou expozi7ní
dobou. Pro toto Uešení pak byl použit expozimetr, popsaný v další kapitole.
obr. 7 Schéma uspoUádání transmisního osvEtlení
Jako rušivý faktor, který nelze spolehlivE kompenzovat konstrukcí osvEtlení
nebo nEjakým speciálním postupem pUi snímání obrazu, se projevuje rozdílná
tlouš[ka dna na jediné láhvi. PUi zpracování obrazu je pak nutné ošetUit možné
nesprávné vyhodnocení takového objektu. Typickým pUíkladem je nerovnomErnE
nalité dno láhve, mající v r]zných místech dna rozdílnou tlouš[ku sklenEného
materiálu,
který tak tvoUí optický klín. Rozdíly v tlouš[ce mohou dosahovat
u nEkterých láhví 3 až 5 mm. Projevem této výrobní vady láhve je pak dvojice
pUesvEtleného a nedosvEtleného okraje dna, která je v obraze umístEna symetricky
v]7i stUedu. Je vhodné podotknout, že kUivE nalité dno není d]vodem k vyUazení
z plnící linky, protože láhev fakticky neobsahuje ne7istoty, které by bránily jejímu
dalšímu použití.
obr. 8 Láhev s rozdílnou tlouš[kou skla na dnE
5.3
SOU6ÁSTI PROHLÍŽE6KY BTCAM 632
Prohlíže7ka BTCAM 612 je tvoUena nEkolika moduly, propojujícími kabely
a softwarovým vybavením zajiš[ujícím sou7innost hardwaru a komunikaci
s nadUazeným systémem.
5.3.3 Moduly
1x pr]myslový po7íta7 + dotykový TFT display + klávesnice
2x kamera MODICAM612 s objektivem PENTAX 12 mm (pro hrdlo a pro dno)
2x digitaliza7ní a výpo7etní karta GX6 (pro hrdlo a pro dno)
1x Uídicí ISA karta BOTCTRL
1x svEtelný zdroj pro osvEtlení hrdla láhve
5.3.2 Propojovací kabely
Propojovací kabeláž tvoUí koaxiální kabely pro pUenos obrazového signálu
a vícežilové stínEné kabely pro pUenos Uídicích signál]. Jako zvláštní kabel je vedeno
v seznamu i optické vlákno se zakon7ovacím konektorem OPTO. Detailní popis
kabelového propojení jednotlivých 7ástí, viz. pUíloha „Popis propojovacích kabel]
a konektor]“.
26
5.3.3 Softwarové vybavení
Softwarové vybavení prohlíže7ky se skládá z procesního jádra (tzv. kernelu),
komunika7ního jádra, knihovny funkcí pro komunikaci s kartou BOTCTRL
a uživatelského rozhraní. Samostatnou 7ást tvoUí klasifika7ní algoritmy, které jsou
zakomponovány jak do SW karty GX6, tak i do SW prohlíže7ky. V režimu mEUení
jsou spouštEny algoritmy optimalizované pro práci v reálném 7ase (real-time
algoritmy) na signálovém procesoru (DSP), v seUizovacím režimu je možné spustit
algoritmy jak v DSP, tak v IPC.
obr. 9 Schéma vnitUního propojení SW 7ástí
Procesní jádro
Jedná se o nejnižší úroveO Uídicího programu. Zajiš[uje spolehlivou
sou7innost karet GX6 provádEjících digitalizaci obrazu z kamery a výpo7et
klasifika7ních algoritm] na signálových procesorech s po7íta7em v mEUícím režimu.
PUi chodu programu v mEUícím režimu je Uízení prohlíže7ky pUedáno tomuto
procesnímu jádru, které pak zajiš[uje synchronizaci provádEní paralelních proces],
27
tj. procesu digitalizace, výpo7tu algoritm], pUenosu výsledk] a snímk] ze
signálových procesor] do IPC a obsluhu proces] z vyšších vrstev programu
(komunika7ního jádra a uživatelského rozhraní), konkrétnE jejich spouštEní z fronty
úkol] podle 7asových možností a zadané priority. To vše pro teoreticky 7tyUi možné
pohledy a tedy 7tyUi karty GX6. Zajiš[uje i archivaci vybraných stav] programu
a ošetUování dalších úkol], napU. vykreslování snímk] a statistických údaj] na
obrazovku. DetailnEjší popis funkce procesního jádra je popsán v kapitole
„6. Procesní jádro“.
Komunika7ní jádro
Komunika7ní jádro zajiš[uje komunikaci s nadUazeným Uídicím systémem
stroje EXAN 06 CCD. Využívá možností procesního jádra. S nadUazeným systémem
komunikuje pomocí katry BOTCTRL. Využívá knihovnu funkcí LINLIB pro
komunikaci s kartou BOTCTRL. Návrh tohoto jádra a jeho zakomponování do
softwaru s využitím procesního jádra je jedním z cíl] této práce. Detailní popis je
uveden v kapitole „7. Komunika7ní jádro“.
Knihovna funkcí LINLIB pro komunikaci s kartou BOTCTRL
Pro spojení hardwaru a softwaru ošetUujících Uízení kamer a komunikaci
s nadUazeným systémem byla vytvoUena mezivrstva reprezentovaná knihovnou
funkcí nazvanou LINLIB. Tato knihovna ošetUuje pUímo zápisy na porty a 7tení
z port] karty BOTCTRL.
Klasifika7ní algoritmy
Klasifika7ní algoritmy jsou v mEUícím režimu provádEné na signálových
procesorech Texas Instruments TMS320C32 na kartE GX6. Do PC jsou pUedávány
pouze výsledky klasifikace a snímek, který je možné zobrazit v mEUícím režimu na
obrazovku. Mimo mEUící režim jsou algoritmy spustitelné i na PC, bohužel
s nEkterými omezeními oproti signálovému procesoru. Vlastní návrh klasifika7ních
algoritm] není pUedmEtem této práce. Pro návrh standardních postup] pro seUízení
prohlíže7ky a zadávání parametr] však bylo nutné zjistit funkci algoritm] pUi jejich
28
nasazení na stroji EXAN 06 CCD. PUi zkušebním provozu pak u nich byly nalezeny
ur7ité nedostatky, proto bylo nutné algoritmy pozmEnit a vylepšit tak jejich funkci.
Uživatelské rozhraní
Protože byl stroj EXAN 06 CCD s touto prohlíže7kou ur7en pro
kazachstánský trh, konkrétnE pro pivovar v Semipalatinsku, bylo vytvoUeno
uživatelské rozhraní programu v ruském jazyce. Odpovídají tomu i všechny
obrazovky uživatelského rozhraní softwaru uvedené v této práci. Pro zobrazování
údaj] a sou7asnou komunikaci s uživatelem je využit barevný 10,4 palcový dotykový
displej, pracující v rozlišení 800 x 600 a standardní klávesnice.
obr. 30 Obrazovka v seUizovacím režimu
29
6.
30
PROCESNÍ JÁDRO
Procesní jádro je 7ást programového vybavení zajiš[ující sou7innost kamer,
digitaliza7ních jednotek a proces] výpo7t] klasifika7ních algoritm] a pUedávání dat
z karet GX6 do IPC a naopak. Do tohoto jádra musela být zakomponována
komunikace s nadUazeným systémem.
6.3
MODEL PROCESNÍHO JÁDRA PRO JEDEN POHLED
Funkce procesního jádra je vysvEtlena a znázornEna na P/T Petriho síti
modelující Uízení jednoho pohledu a obstarávající sou7innost s jednou digitaliza7nEvýpo7etní kartou GX6 (viz. obr. 11). ZároveO je definicí této Petriho sítE dána
i jednozna7ná souvislost mezi zmEnami 7asových signál] (stav]), které jsou popsány
níže (viz. obr. 14). RozšíUení na více pohled] pUedstavuje nEkolik takových Petriho sítí
uspoUádaných v poli, kde jednotlivé pohledy mají spole7né pouze tUi stavy –
po7áte7ní stav
P1-IDLE
a dva stavy pUedstavující požadavek na opuštEní mEUícího
režimu
P25-REQ_MANUAL_ACT
režimu
T1-[MEAS_START]
[MEAS_END_BY_USER].
a
P24-REQ_MANUAL_INA
a dva pUechody – start mEUícího
a uživatelský požadavek na ukon7ení mEUicího režimu –
T30-
Ostatní stavy jsou unikátní pro každý pohled a taktéž pUechody
v jednotlivých pohledech jsou vzájemnE nezávislé.
Hrany zna7ící korektní 7innost procesního jádra jsou znázornEny tlustou
7arou. Tenkou 7arou je znázornEna 7innost pUi ošetUování nekorektních stav].
Nedeterminismus poUadí (na pUechodech
T4, T5, T6
nebo
T15, T16, T17)
je vylou7en
pUedpokladem 7asové nekonfliktnosti jednotlivých událostí na tEchto pUechodech.
Konec mEUení je v tomto modelu znázornEn dosažením stavu
P25-REQ_MANUAL_ACT,
tedy vystavením požadavku na konec mEUení.
Popisy míst a pUechod] jsou složeny ze zkratek vyjadUujících 7innost, která se
vykonává nebo která se vykonala, volitelnE z 7ísla pamE[ové oblasti pro obraz
(banku), ke které se vztahují, a z významové pUípony, napU. zkratka
PROCESS1_CANCEL_DONE
dokon7eno“.
znamená „zrušení výpo7tu nad bankem 1 bylo korektnE
Význam zkratek
SpuštEní/ukon7ení režimu mEUení
IDLE
neutrální stav, odpovídá seUizovacímu režimu,
MEAS
režim mEUení,
REQ_MANUAL
požadavek na ukon7ení režimu mEUení.
Operace a události pUi mEUení
GRAB
snímání obrazu a digitalizace,
PROCESS
výpo7et algoritm],
TRANSF_PIC
pUenos obrázku do IPC,
TRANSF_RESULT
pUenos výsledku do IPC,
TRIG
spouštEcí impuls, SW prodloužený na 40 ms,
GOTO_BANK
pUechod na další pamE[ovou oblast.
obr. 33 P/T Petriho sí[ modelující 7innost procesního jádra
pUi Uízení jednoho pohledu
31
32
Významové pUípony
START
za7átek operace (hrana signálu zna7ící za7átek akce),
END
konec operace (hrana signálu zna7ící konec akce),
CANCEL
zruš akci – vztahuje se k nEjaké právE vykonávané akci,
ENA
operace je povolena (enabled), 7eká se na spuštEní,
ACT
operace probíhá (active),
INA
operace neprobíhá (inactive),
DONE
operace skon7ila korektnE,
RDY
pUipraveno pro operaci (ready) – nEco je pUipraveno (napU. data) a operace
m]že za7ít,
NRDY
nepUipraveno pro operaci (not ready)
6INNOST V REŽIMU MDTENÍ
6.2
6innost pUi mEUení sestává z následujících operací:
-
snímání obrazu a digitalizace na GX6,
-
výpo7et klasifika7ních algoritm] na GX6,
-
pUedání výsledku klasifikace do IPC,
-
pUedání obrazu do IPC.
Protože se digitalizace obrazu a výpo7et mohou navzájem pUekrývat (digitalizace
m]že probíhat na pozadí výpo7tu), je rozdElena pamE[ pro obrazová data na dvE
oblasti, na bank 0 a bank 1. 6ást Petriho sítE na obr. 11 je proto symetrická podle
vertikální osy. Levá 7ást odpovídá událostem a akcím pro bank 0, pravá pak pro bank
1. PUi pUechodu mezi jednotlivými banky je testováno, zda není požadováno
ukon7ení režimu mEUení (test na zna7ení míst P24-EQ_MANUAL_INA a P25-EQ_MANUAL_ACT).
Režim mEUení m]že být ukon7en bu@ korektním zp]sobem (uživatelský požadavek)
nebo chybovou událostí (dlouhá operace digitalizace, tzn. že pUi operaci
GRAB_ACT
dojde k nekorektní události TRIG_END, která znamená pUekro7ení doby a tedy chybu).
Události
TRIG_START
a
TRIG_END
se vztahují ke zmEnE stavu spouštEcího impulsu
programovE prodlouženého monostabilním klopným obvodem na 40 ms.
33
6.2.3 Popis 7innosti modelu
S událostí
T1/T13-[TRIG_START]
za7íná digitaliza7ní proces
korektní délka je 20 ms. Po korektním ukon7ení digitalizace
P3/P10-GRABx_ACT,
její
T3/T14-[GRABx_DONE]
jsou
zahájeny tUi paralelní operace:
–
povoluje se digitalizace obrazu do dalšího banku
P2/P9-[GRABx_ENA]
(probEhne
automaticky po pUíchodu spouštEcího impulsu T1/T13-[TRIG_START]),
–
spouští se výpo7et nad aktuálním obrazem P4/P11-PROCESSx_ACT
–
povoluje se pUenos minulého obrázku do IPC (pokud je k dispozici)
TRANSF_PICx_ENA.
P16/P20-
Maximální možná délka procesu je od jeho za7átku až po
okamžik ukon7ení digitalizace nového snímku, kdy musí za7ít další výpo7et. Do
té doby je pamE[ obrázku využívána, proto je pUenos obrazu možný až po
ukon7ení digitalizace nového snímku do dalšího banku.
Výpo7et m]že být ukon7en dvEma zp]soby:
-
korektnE
T6/T17-[PROCESSx_DONE],
tj. výpo7et skon7il dUíve než byl digitalizován
nový snímek, následuje okamžité pUedání výsledk] do IPC
-
nekorektnE
T4/T15-[GRABx_DONE]
resp.
P6/P13-TRANSF_RESULTx,
T5/T16-[GRABx_CANCEL],
tj. výpo7et ještE
neskon7il, ale digitalizace nového obrazu do dalšího banku už skon7ila (korektnE
resp. nekorektnE). Je potUeba provést nový výpo7et. Proto se nedokon7ený
výpo7et ukon7í P5/P12-PROCESSx_CANCEL. Korektní výsledky nejsou k dispozici (tudíž
se ani nepUedávají do IPC).
Následuje povolení pUesunu obrazu do IPC P19/P23-PICx_RDY_FOR_TRANSF.
Situaci po spuštEní režimu mEUení a korektním ukon7ení digitalizace obrazu
do banku 0 je ilustrována na obr. 12. V banku 0 je platný snímek a probíhá nad ním
výpo7et (P4-PROCESS0_ACT), je povolena digitalizace obrazu do banku 1 (P9-GRAB1_ENA)
a je povolen pUesun obrazu z banku 1 do IPC (P20-TRANSF_PIC1_ENA), který se ale
neprovede, protože v banku 1 nejsou pUipravena platná data pro pUenos (bude
vykonán pUechod
danou situaci je
T26).
Výpo7etní posloupnost vycházející z po7áte7ního zna7ení pro
T1 T2 T3 T10 .
obr. 32 Situace po provedení výpo7etní posloupnosti T3 T2 T3 T30
obr. 33 Situace po provedení výpo7etní
posloupnosti T3 T2 T3 T30 T26 T6 T23 T33 T34 T32 T23
34
35
Situace obdobná pUedcházející je ilustrována na obr. 13. Výpo7et probíhá nad
obrazem v banku 1 (P11-PROCESS1_ACT). Je povolena digitalizace dalšího snímku
do banku 0 (P2-GRAB0_ENA), a bude provedena s pUíchodem dalšího taktu. Protože
pUedcházející obrázek z banku 0 je již k dispozici, probíhá jeho pUesun do IPC
(P17 TRANS_PIC0_ACT). Výpo7etní posloupnost vycházející z po7áte7ního zna7ení pro
danou situaci je
T1 T2 T3 T10 T26 T6 T23 T13 T14 T12 T21.
Obdobným zp]sobem je možné
získat všechna dosažitelná zna7ení této sítE.
6.2.2 6asové pr]bEhy
Na následujícím obrázku jsou zobrazeny 7asové pr]bEhy vybraných signál]
a nEkterých stav] modelu procesního jádra z obr. 11. Jsou nazna7eny 4 cykly (7tyUi
spouštEcí signály).
První cyklus je cyklus po startu režimu mEUení. Digitalizace obrazu
a následný výpo7et probíhá nad bankem 0. Po skon7ení výpo7tu jsou z GX6 do IPC
pUenesena platná data. V tomto cyklu není pUenášen snímek, protože ještE není
k dispozici.
Druhý cyklus demonstruje korektní chod. Digitalizace i výpo7et probEhnou
korektnE, jsou vystavena platná data a je pUenesen minulý snímek.
TUetí cyklus nazna7uje pUípad, kdy je výpo7et delší než nejdelší možná doba,
tedy neskon7í do konce digitalizace dalšího snímku. Je ukon7en (v modelu se jedná
o pUechod T4-GRAB_DONE) a platné výsledky nejsou k dispozici.
6tvrtý cyklus demonstruje jednu z možných závad pUi chodu – z nEjakého
d]vodu je digitalizace pUíliš dlouhá (napU. když je z kamery vystaven platný
vertikální synchroniza7ní impuls, ale vlastní videosignál je nekorektní) a je ukon7ena
pUíchodem sestupné hrany SW spouštEcího impulsu (v pUechod
T18-[TRIGGER_END]).
To
má za následek automatické ukon7ení režimu mEUení (deaktivace signálu OK)
a následné hlášení závady nadUazeným systémem.
obr. 34 6asové pr]bEhy signál] a stav] procesního jádra
6.3
6INNOST V SETIZOVACÍM REŽIMU
Procesní jádro je ur7eno pro mEUicí režim. V seUizovacím režimu je
využíváno pouze jeho funkcí ke komunikaci s kartami GX6 a ke spouštEní algoritm]
mimo mEUicí mód, popU. k pUesun]m obrazu a dat do karet GX6 a naopak. Je tak
možné provést výpo7ty algoritm] na RISC-ové platformE DSP a na CISC-ové
platformE PC pUípadnE porovnat výsledky. Vzhledem k obtížné laditelnosti programu
v DSP je hlavní odzkoušení a odladEní algoritm] provedeno v PC, poté je nový
program nahrán do DSP a porovnány výsledky. Ty jsou pUi korektní funkci totožné.
36
7.
7.3
37
KOMUNIKA6NÍ JÁDRO
ROZBOR KOMUNIKACE
Komunika7ní
jádro
je
7ást
softwarového
vybavení
prohlíže7ky,
úzce
spolupracující s hardwarovou 7ástí komunikace s nadUazeným systémem, tj. s kartou
BOTCTRL. Zajiš[uje tyto funkce:
-
spouštEní snímání obrazu (pUedání požadavku na snímek kameUe a Uízení
expozice pro dno) – zajištEno hardwarovE kartou BOTCTRL,
-
výpis bEhových chyb stroje na obrazovku (až 15 možných chyb),
-
indikace zmEny typu láhve (až 8 možných láhví).
-
pUedávání výsledk] klasifikace nadUazenému systému (dobrá/špatná láhev,
klasifikace probEhla/neprobEhla korektnE),
-
signalizace stavu chodu programu vizuálního systému (režim mEUení, závada
chodu po7íta7e – tzv. „zatuhnutí“),
7.2
NÁVRH KOMUNIKACE
K dispozici je 8 vstupních a 8 výstupních, opticky oddElených bitových bran.
Vzhledem k charakteru a množství pUenášených dat bylo pUikro7eno k modifikované
paralelní komunikaci.
7.2.3 Vstupy
-
Pro požadavek na snímek pro hrdlo a pro dno jsou potUeba 2 signály, TRIG_N
(neck) a TRIG_B (bottom). Je vhodné propojit tyto požadavkové signály pUímo se
spouštEcími signály kamer v logice karty BOTCTRL. Vlastní za7átek procesu
snímání signalizuje procesnímu jádru karta GX6 po pUijmutí vertikálního
synchroniza7ního impulsu ve videosignálu. Není tedy nutné spouštEcí signály
pUenášet do SW 7ásti komunika7ního jádra.
-
Pro pUedávání dat (až 15 hodnot bEhových chyb a až 8 hodnot typu láhve) je
potUeba 4 bit] – DATA_0 až DATA_3, význam dat (bEhový chyba nebo typ láhve)
bude multiplexován signálem ERR/TYPE. PUesná specifikace vypisovaných
hlášení viz. PUílohy – Specifikace hlášení vypisovaných na obrazovku.
-
PUi nábEhu vizuálního systému (tedy po zapnutí po7íta7e) je na datových
signálech o7ekáván typ láhve (ošetUuje nadUazený systém).
-
ZmEna typu láhve bude probíhat indikací zvláštní bEhové chyby – chyby 7. 0 (tj.
na datové sbErnici je hodnota 0). Po dobu, kdy je tato chyba aktivní je provádEno
pUestavení stroje na jiný typ láhve (na stroji je fyzicky vytažen klí7ový konektor).
Po pUestavení stroje a zasunutí nového klí7ového konektoru je ukon7en výpis
bEhové chyby 7. 0 a na datové sbErnici je platné nové 7íslo typu láhve. Po
pUe7tení tohoto 7ísla musí dojít k pUestavení parametr] klasifika7ních algoritm]
ve vizuálním systému a inicializaci mEUicího režimu.
-
Pro takovou komunikaci je potUeba sedmi vstupních bit], 1 z]stává jako rezerva.
PUesná specifikace vstupních signál]
TRIG_N
(resp. TRIG_B) – požadavek na snímek hrdla (resp. dna), vzestupná hrana
(z log. 0 na log. 1) vyvolá snímání obrazu a jeho následnou klasifikaci.
ERR/TYPE
– pUepína7 významu datových signál], pUi log. 1
je na datových
signálech DATA_0 až DATA_3 (4 bity) platná bEhová chyba (0 až 15), pUi
log. 0 je na datových signálech DATA_0 až DATA_2 (3 bity) platné 7íslo
typu láhve (0 až 7). Data jsou binárnE kódována.
DATA_0 až 3 – 4
bitová paralelní datová sbErnice, DATA_0 = LSB, DATA_3 = MSB.
7.2.2 Výstupy
–
Korektní chod programu vizuálního systému bude vyjadUovat periodicky se
mEnící signál – TFRQ. Pokud nedojde ke zmEnE tohoto signálu za ur7itou dobu,
zna7í to, že funkce programu byla narušena – ošetUení tzv. „zatuhnutí“.
–
PUipravenost k mEUení (program se nachází v mEUícím režimu) bude
signalizována zvláštním signálem – OK.
–
Výsledky budou pUedávány po datové sbErnici, pro každý pohled je potUeba
pUenést dva bity výsledku nezávisle na dalším pohledu – vlastní výsledek
(RESULT_N resp. RESULT_B) a pUíznak toho, zda DSP korektnE dopo7ítalo
38
výsledek (DSPDONE_N resp. DSPDONE_B). Potvrzení platnosti dat bude pro
každý pohled signalizováno zvláštním signálem – ACK_N resp. ACK_B.
–
Je potUeba všech osmi možných výstupních bit].
PUesná specifikace výstupních signál]
– periodický pravoúhlý signál, perioda signálu 300 ms, stUída 1:1. Je
TFRQ
generován po spuštEní programu a to jak v mEUícím, tak i seUizovacím
režimu. Pokud po dobu t = 300 ms nedojde k žádné zmEnE stavu tohoto
signálu, bude nadUazeným systémem detekována závada vizuálního
systému (po7íta7e).
– ur7uje, zda se vizuální systém nachází v mEUicím režimu, log. 0 =
OK
seUizovací režim, log. 1 = režim mEUení.
RESULT_N
(resp. RESULT_B) – výsledek klasifikace hrdla resp. dna láhve, log. 0 =
dobrá láhev, log 1 = špatná láhev.
(resp. DSPDONE_B) – informace o tom, zda DSP korektnE dopo7ítalo
DSPDONE_N
algoritmus hrdla resp. dna, log. 0 = klasifikace nedokon7ena, log. 1 =
klasifikace dokon7ena.
(resp.
ACK_N
– potvrzení platných dat na signálech RESULT_N
ACK_B)
a DSPDONE_N (resp. RESULT_B a DSPDONE_B), pUi vzestupné hranE
(z log. 0 do log. 1) a pUi log. 1 jsou data platná
Význam signál] pUi pUenosu výsledk]
Popis
ACK
DSPDONE
RESULT
↑ nebo 1
1
0
Dobrá láhev
↑ nebo 1
1
1
Špatná láhev
↑ nebo 1
0
X
Klasifikace nedokon7ena
↓ nebo 0
X
X
Neplatná data
tab. 3
Pro vyšší pUehlednost je možné komunikaci rozdElit na tUi 7ásti, které jsou na
sobE navzájem nezávislé:
–
obsluha signálu TFRQ,
–
obsluha bEhových chyb a na7ítání typu láhve,
–
obsluha pUedávání výsledk].
39
40
7.2.3 6asování komunikace
SpouštEcí signály TRIG_x jsou ošetUovány hardwarovE pUímo na kartE
BOTCTRL. Zbylá 7ást komunikace musela být zakomponována do procesního jádra.
Je využito 7asovací procedury procesního jádra. Ta je vyvolávána s periodou
T = 1,72 ms. S touto periodou je zjiš[ována zmEna stavu vstupních signál] a
následnE je provedena pUíslušná akce. Operace vyžadující obsluhu
pod
pUerušením pUi ur7ité akci (pUevzetí výsledk] z GX6, registrace za7átku spouštEcího
taktu), byly zakomponovány pUímo do stavového automatu procesního jádra.
Signál TFRQ
ZmEna stavu signálu TFRQ je provádEna v 7asovací proceduUe vždy po
uplynutí 150 ms.
BEhová chyba a zmEna typu láhve
6tení chybových stav] a typ] láhve je provedeno ve výše zmínEné 7asovací
proceduUe podle pravidel a popis] uvedených ve specifikaci signál] ERR/TYPE
a DATA_0 až DATA_3. Nevyžaduje žádné zvláštní 7asování, 7innost je popsána
modelem na obr. 16 a z 7asových pr]bEh] na obr. 19.
Obsluha výsledk] algoritm]
Obsluha výpisu výsledk] musela být pUizp]sobena 7innosti procesního jádra.
Výsledky výpo7tu jsou pUedány do IPC z karty GX6 po skon7ení výpo7tu, tedy ve
stavu P6/P13-TRANSF_RESULT_x (viz. obr. 20).
PUesná doba pUedání výsledk] do IPC je závislá na délce procesu a tedy na
vstupních obrazových datech a nelze ji determinovat. Chceme-li pUedejít
potenciálním hazard]m pUi kombinaci extrémnE dlouhý výpo7et následovaný
extrémnE krátkým výpo7tem, kdy v dobE pUedávání výsledku staršího snímku, popU.
pUi obsluze jeho výpisu m]že dojít k obdržení nového výsledku a tedy konfliktu
výsledkových dat, je vhodné rozdElit promEnnou pro uchování výsledku na dvE 7ásti
tvoUící principiálnE kruhový zásobník. V modelu komunikace jsou tyto 7ásti
ozna7eny jako slot 0 resp. slot 1, rozdElení je provedeno obdobnE jako je rozdElena
41
pamE[ pro snímek v procesním jádru. Je tak možné uchovat v jednom okamžiku dva
výsledky a ty pozdEji vyslat nadUazenému systému. Ze stejného d]vodu je vhodné
synchronizovat výpis dat na nEjaký determinovaný signál, aby byla zaru7eno, že
nedojde ke konfliktu na výstupech, tj. kdy by bylo potUebné v jeden okamžik pUedat
nadUazenému systému dva výsledky.
Okamžikem, do kterého musí výpo7et skon7it bu@ korektnE nebo nekorektnE
je konec digitalizace dalšího snímku, tedy pUechod
T14/T3-[GRABx_DONE].
Po tomto
okamžiku jsou výsledky staršího snímku platné. Pokud tedy stanovíme výpis
výsledk] na dobu po konci digitalizace nového snímku, vyhneme se konflikt]m pUi
výpisu, protože doba konce digitalizace je pUi korektní funkci determinována. Trvání
doby snímání a digitalizace je 20 ms a za7íná od spouštEcího taktu.
Vystavení platných dat na výstup proto bylo stanoveno na 25 ms po za7átku
následujícího taktu, tedy na 5 ms po teoreticky nejdelší možné dobE trvání výpo7tu.
V tuto dobu jsou již data od pUedchozího taktu platná. Jsou vystavena na výstup po
dobu 10 ms. Jejich platnost je potvrzena signálem ACK. To, do kterého slotu se mají
data z karty GX6 na7ítat ur7ují stavy P6/P7-READ_TO_SLOTx (viz. obr. 16) a to, ze kterého
slotu se mají data vypsat ur7ují stavy P10/P11-PRINT_FROM_SLOTx (viz. obr. 16).
Je nutné ošetUit ještE možnost toho, že výpo7et skon7í z nEjakého d]vodu
nekorektnE a platná data nejsou z GX6 do IPC v]bec pUedána. To je vyUešeno
naplnEním pUíslušného slotu implicitními daty zna7ícími nedopo7ítání výsledku
(DSPDONE = 0) ještE dUíve, než je možné obdržet výsledek – viz stavy
DATAx::=DEFAULT
na obr. 16.
P2/P3-
7.2.4 Model komunikace a 7asové pr]bEhy
Pro lepší porozumEní a názornost pUi vysvEtlení byla komunikace
namodelována pomocí P/T Petriho sítí. 6asové pr]bEhy významných signál] jsou
taktéž názorným vodítkem pUi popisu funkce komunikace. Petriho sí[ zároveO
jednozna7nE ur7uje 7asovou následnost mezi zmEnami tEchto signál] (zmEnami
zna7ení míst v Petriho síti).
Signál TFRQ
Signál TFRQ je periodický obdélníkový signál s periodou 300 ms a stUídou 1:1.
obr. 35 P/T Petriho sí[ modelující signál TFRQ
BEhová chyba a zmEna typu láhve
Obsluha 7tení a zobrazení bEhové chyby a 7tení a pUípadné zmEny typu láhve
je modelována P/T Petriho sítí na obr. 16.
Význam jednotlivých popis]
IDLE
– neutrální stav zde pUedstavuje seUizovací režim,
READ_TYPE
– pUe7ti typ láhve z datové sbErnice a na7ti parametry metod z disku,
OK_ACT
– signál OK je aktivní, tzn. program se nachází v mEUicím režimu,
WAIT
– 7ekej na pUíchod bEhové chyby,
READ_ERROR_AND_PRINT
NO_ERROR
– pUe7ti 7íslo bEhové chyby a vypiš hlášení na obrazovku,
– není zaznamenána žádná bEhová chyba,
REGISTERED_ERROR==0
(resp.
REGISTERED_ERROR!= 0)
bEhová chyba 7. 0,
ENDPRINT
– ukon7i výpis chyby.
– byla (resp. nebyla) zaznamenána
42
Všechny pUechody s významovou pUíponou
DONE
znamenají korektní ukon7ení akce,
ke které se vztahují.
MEAS_START
– start mEUicího režimu,
„ERR/TYP“_TO_ERR
(resp.
„ERR/TYP“_TO_TYPE)
– signál ERR/TYP pUešel do úrovnE, ve které
je na datové sbErnici bEhová chyba (resp. typ láhve),
ERROR==0
(resp. ERROR!=0) – na datové sbErnici je (resp. není) hodnota 0.
obr. 36 P/T Petriho sí[ modelující obsluhu bEhových chyb a zmEnu typu láhve
Popis funkce
Po startu režimu mEUení je na datové sbErnici vystaveno 7íslo typu láhve
(ošetUuje nadUazený systém). Toto 7íslo je pUe7teno a následnE jsou z disku na7teny
parametry aktuálního typu láhve a je spuštEna inicializace algoritm]. Poté je
nastaven signál OK na aktivní úroveO (log.1), viz. P4-OK_ACT, a ošetUení bEhových chyb
pUechází do 7ekacího stavu
P3-WAIT.
Tato situace odpovídá provedení výpo7etní
posloupnosti T1 T2 (viz. obr. 17).
obr. 37 Petriho sí[ z obr. 36 po provedení výpo7etní posloupnosti T3 T2
43
Nyní je o7ekávána zmEna stavu signálu ERR/TYP na log. 1 (nástupná hrana)
zna7ící pUítomnost bEhové chyby na datové sbErnici. Zde se další 7innost dElí na dvE
7ásti:
1) data nemají hodnotu 0, jde tedy o klasickou bEhovou chybu a po zmEnE stavu
signálu ERR/TYP na log. 0 (sestupná hrana) zna7ící pUítomnost 7ísla typu láhve na
datové sbErnici je ukon7en výpis chybového hlášení, viz. P8-ENDPRINT a Petriho sí[
pUechází do stejného zna7ení jako na obr. 16,
2) data mají hodnotu 0, je zaznamenán za7átek zmEny typu láhve. Program o7ekává
vystavení nového typu láhve – 7eká na sestupnou hranu signálu ERR_TYP. Tato
situace odpovídá provedení výpo7etní posloupnosti T1 T2 T3 T5, viz. obr. 18.
obr. 38 Petriho sí[ z obr. 36 po provedení výpo7etní posloupnosti T3 T2 T3 T5
Po opEtovné zmEnE stavu signálu ERR/TYP na log. 0 (sestupná hrana) zna7ící
pUítomnost 7ísla typu láhve na datové sbErnici je deaktivován signál OK (log. 0)
a zároveO je ukon7en výpis chybového hlášení. Deaktivace signálu OK znamená, že
program není pUipravený mEUit. Jsou provedeny stejné operace jako pUi startu
mEUicího režimu, tzn. je pUe7teno 7íslo typu láhve z datové sbErnice a následnE jsou
na7teny z disku parametry aktuálního typu láhve a je spuštEna inicializace algoritm].
Je znovu nastaven signál OK na aktivní úroveO (log.1) a ošetUení bEhových chyb
pUechází do 7ekacího stavu. Program je pUipravený k mEUení. Zna7ení Petriho sítE je
potom totožné jako na obr. 16. Celá zmEna typu láhve, tedy doba po kterou je signál
OK neaktivní,
(na7tení dat z disku a inicializace algoritm]) trvá cca 300 ms.
44
6asové pr]bEhy
Na následujícím obrázku jsou zobrazeny 7asové pr]bEhy signál] a vybraných
stav] z modelující Petriho sítE z obr. 16, které jsou využity pUi obsluze bEhových chyb
a pUi na7ítání typu láhve. 6asová následnost zmEn tEchto signál] je dána zmEnami
zna7ení v modelu. V 7asové oblasti je zde znázornEno, jakým zp]sobem probíhá
signalizace zmEnu typu láhve nadUazeným systémem a jakým zp]sobem program
tuto zmEnu provádí a kdy.
obr. 39 6asové pr]bEhy signál] a stav] komunika7ního jádra
pUi obsluze bEhových chyb a na7ítání typu láhve
45
Obsluha výsledk] algoritm]
Obsluha pUevzetí výsledk] z karty GX6, jejich uložení do výsledkových
promEnných a jejich následné vyslání nadUazenému systému je modelována P/T
Petriho sítí na obr. 20. Je vhodné podotknout, že tato sí[ modeluje pouze obsluhu
jednoho pohledu, celou výsledkovou komunikaci je možné chápat jako pole
takových sítí, které mají spole7ný pouze stav P1-IDLE a pUechod T1-[MEAS_START].
Hrany Petriho sítE realizující vlastní vysílání výsledk] jsou zobrazeny
tlustými 7arami. 6ást znázornEná tenkými 7arami realizuje rozdElení výsledkového
registru na dva sloty, Slot 0 a Slot 1. Obsluhuje pUednastavení implicitní hodnoty
výsledku, pUevzetí výsledku z karty GX6, jeho zápis do správného slotu a poskytnutí
výsledku ze správného slotu pro vyslání. Je zde možné pozorovat ur7itou symetrii
7ásti sítE podle vertikální osy, obdobnE jako u procesního jádra. Levá 7ást patUí
obsluze Slotu 0, pravá 7ást obsluze Slotu 1.
Význam popis]
IDLE
– neutrální stav, zde odpovídá seUizovacímu režimu,
RESULT_SENT
– výsledek byl vyslán, o7ekává se pUíchod nového taktu,
DELAY 25 ms
– 7ekací doba 25 ms na za7átek výpisu výsledk],
PRINT_DATAx
– vypiš data ze slotu x na výstup,
ACK_ACTIVE
– signál ACK je aktivní,
DATAx::= DEFAULT
– naplO data ve slotu x implicitní hodnotou,
DATAx_RDY
– data ve slotu x jsou pUipravena pro výpis,
READ_VALID_DATAx
– pUe7ti do slotu x z GX6 platná data,
READ_TO_SLOTx
– pokud obsahuje zna7ení, budou data na7ítána do slotu x,
PRINT_FROM_SLOTx
– pokud obsahuje zna7ení, budou vypsána data ze slotu x.
Všechny pUechody s významovou pUíponou
DONE
znamenají korektní ukon7ení akce
ke které se vztahují.
MEAS_START
TRIG_START
– start mEUicího režimu,
– za7átek spouštEcího impulsu,
TRANSF_RESULT
– byl zahájen pUesun výsledk] z GX6 do IPC.
46
obr. 20 P/T Petriho sí[ modelující obsluhu pUedávání výsledk]
Popis funkce
Po startu mEUicího režimu jsou výsledkové sloty naplnEny implicitní
hodnotou (výsledek nedopo7ítán, tj. DSPDONE = 0), implicitní data jsou tedy
pUipravena pro vyslání. PUechází se do 7ekacího stavu
P12-SENT,
je o7ekáván pUíchod
spouštEcího impulsu. Toto zna7ení je možné dosáhnout výpo7etní posloupností
T1 T2 T3,
viz. obr. 21.
47
48
obr. 23 P/T Petriho sí[ z obr. 20 po provedení výpo7etní posloupnosti T3 T2 T3
S pUíchodem nástupné hrany spouštEcího impulsu
T8-[TRIG_START]
se spouští
7asova7 25 ms, 7eká se na možnost za7átku výpisu dat. Do této doby (tj. 25 ms) je
determinován pUíchod korektních výsledk] od pUedchozího výpo7tu (ošetUeno
pomocí
T4/T5-[TRANSF_RESULT], P8/P9-READ_VALID_DATAx
a
T6/T7-[READx_DONE]),
jinak jsou
pUedpokládána implicitní data. OšetUení na7tení dat z GX6 do správného slotu
výsledk] a výpis ze správného slotu jsou provádEny pomocí stav]
P6/P7-READ_TO_SLOTx
a P10/P11-PRINT_FROM_SLOTx.
Pro zna7ení Petriho sítE z obr. 21, tedy po za7átku režimu mEUení, není
výsledek od pUedchozí láhve k dispozici (výpo7et neprobEhl), proto je zna7ení
aktivního 7tecího slotu v místE
P6-READ_TO_SLOT0.
Výsledek bude po na7tení z GX6
uložen nový výsledek do slotu 0, zatímco pUedávat nadUazenému systému se budou
data ze slotu 1, tedy stará, implicitní data.
49
Na této situaci je možné rovnEž demonstrovat vyUešení konfliktu dat. Pokud
bude výpo7et nad novým snímkem natolik krátký, že ještE nedojde k provedení
výpisu dat z banku 1 (nedojde provedení pUechodu T10-[T = 25 ms]), ale nový výsledek je
již na7ten z karty GX6 do slotu 0 (provedení pUechod]
READ0_DONE)
a
T6-
pUechází pUíznak aktuálního 7tecího slotu ze zna7ení místa
P6-
READ_TO_SLOT0 do
T4-TRANSF_RESULT
zna7ení v místE P7-READ_TO_SLOT1 a platná data 7ekající na výpis jsou
v obou výsledkových slotech. Vypisovány budou výsledky ze slotu 1 (zna7ení
aktivního slotu pro výpis je v místE
P11-PRINT_FROM_SLOT1).
je možné zapsat výpo7etní posloupností
Celý výše zmínEný postup
T1 T2 T3 T8 T4 T6 T10,
a zna7ení sítE po jejím
provedení je znázornEno na obr. 22.
obr. 22 Petriho sí[ z obr. 20 po provedení výpo7etní posloupnosti
T3 T2 T3 T8 T4 T6 T30
Po provedení výpisu
PRINT_FROM_SLOT0
T12-[PRINT_DATA1_DONE]
pUechází zna7ení do místa
50
P10-
a je tedy povolen výpis výsledk] ze slotu 0 (bude proveden
v následujícím cyklu). Výpis výsledk] se provádí po uplynutí doby 25 ms od za7átku
následujícího taktu ve stavu
P14/P15-PRINT_DATAx.
potvrzení signálem ACK po dobu 10 ms (stav
Po jejich vystavení následuje
P16-ACK_ACTIVE),
zároveO dochází ke
znovunaplnEní právE vypsaného výsledkového slotu implicitními daty (ve stavu P2/P3DATAx::=DEFAULT).
Následuje pUechod do stavu
P12-RESULT_SENT
a o7ekává se pUíchod
spouštEcího taktu. Další funkce je analogická, provádí se pouze nad dalším
výsledkovým slotem.
6asové pr]bEhy
Na obr. 23 jsou zobrazeny 7asové pr]bEhy vybraných signál] a stav] Petriho
sítE modelující vysílání výsledk] ve 7tyUech cyklech (7tyUi procesy digitalizace).
Cyklus 1 odpovídá výše zmínEné výpo7etní posloupnosti T1 T2 T3 T8 T4 T6 T10 a zna7ení
Petriho sítE na obr. 22. Další cykly znázorOují v 7asové oblasti funkci pUíznaku
aktuálního slotu pUipraveného pro na7ítání a pUipraveného pro výpis (na obr. 22.
se jedná o 7asové pr]bEhy READ TO SLOT a PRINT FROM SLOT). Je zde také pUesnE
definována synchronizace výpisu na 25 ms po za7átku procesu digitalizace
reprezentované nástupnou hranou signálu GRAB_ACT.
obr. 23 6asové pr]bEhy signál] a stav] pUi obsluze pUedávání výsledk],
D = data, N = nekorektní, K = korektní
7.3
51
REALIZACE KOMUNIKACE
Pro vlastní realizaci komunikace muselo být upraveno obvodové schéma
karty BOTCTRL pro navrženou komunikaci – viz. kapitola „Karta BOTCTRL“.
Signály požadavku na snímek TRIG_x spouští pUímo snímání kamerou bez nutnosti
SW obsluhy pomocí IPC. Ostatní komunika7ní signály jsou pUes stavová slova
7teny/zapisovány pomocí funkcí knihovny LINLIB. (viz. Softwarový model na obr.
9).
6tení a výpis signál] byl zakomponován do procesního jádra. Z pUechod] Petriho
sítí modelující komunikaci je jednozna7nE ur7eno i vzájemné propojení
komunika7ního jádra a procesního jádra na stejné události (napU.
TRIG_START
nebo
TRANSF_RESULT).
MEAS_START,
Zjiš[ování stavu vstupních signál] je provádEno
periodicky v 7asovací proceduUe procesního jádra s periodou T = 1,72 ms.
U stroje EXAN 06 CCD, pro který byla tato komunikace ur7ena, je pUíchod
následujícího taktu vždy zaru7en, protože láhve procházejí strojem kontinuálnE
v UadE. Teoretická možnost, že další takt nepUijde (pUípad poslední láhve v UadE)
a tudíž výsledky klasifikace pUedchozí láhve nebudou pUedány, nepUichází v úvahu,
protože stroj EXAN 06 CCD není díky své jednoduché mechanické konstrukci
schopen ohodnotit pouze jedinou láhev. Poslední láhve z]stávají ve stroji a nejsou
dopraveny ani k vyUazovacímu místu. PUíchod dalšího taktu je tedy u láhví, které jsou
dopraveny až k vyUazovacímu místu, vždy zaru7en.
Komunikace s nadUazeným systémem stroje byla úspEšnE odzkoušena na
okruhu v NATE v ChotEboUi, chyby v komunikaci nebyly pozorovány ani pUi
dlouhodobém chodu v pivovaru REBEL.
8.
CCD KAMERA MODICAM 632
V prohlíže7ce jsou použity kamery MODICAM 612 firmy CAMEA. Jedná se
o konfigurovatelné kamery s 7ernobílým CCD 7ipem ICX039DLA firmy SONY
s viditelným rozlišením 760 na 574 pixel]. 6asové Uízení kamery obstarává
programovatelné hradlové pole v kameUe. ZmEnou jeho zapojení a následným
pUeprogramováním kamery je tak možné vytvoUit libovolný uživatelský 7asovací
obvod a používat tak kameru v r]zných režimech. ZároveO je z kamery možné
vyvést prakticky libovolný signál pro synchronizaci vnEjších zaUízení. Toho bylo
využito i v této práci.
8.3
CCD OBRAZOVÝ SNÍMA6 ICX039DLA
Jedná se o 7ernobílý obrazový 7ip s UádkovE-sloupcovou strukturou. Snímek
je exponován do izolovaných potenciálových jamek – pixel], které jsou uspoUádány
do sloupc]. Každému sloupci je pUiUazen jeden opticky zastínEný vertikální
analogový posuvný registr, který sou7asnE slouží jako analogová pamE[ pro latentní
obraz. Po ukon7ení expozice se latentní obraz pUenese z fotocitlivé oblasti do
vertikálních posuvných registr], ze kterých se Uádek po Uádku pUesouvá do
horizontálního posuvného registru. Z toho je pUevádEn na sériový televizní signál.
PUenos latentního obrazu do zatemnEných vertikálních registr] probíhá v jednom
taktu (~10 µs). Tím je zajištEno, že nedochází bEhem pUenosu k rozmazání obrazu
a spolu s elektronickou závErkou je možné dosáhnout expozi7ní dobu 64 µs pUi
zachování dobré kvality obrazu.
obr. 24 VnitUní struktura CCD 7ipu SONY ICX039DLA
52
53
Význam Uídicích signál]
RD
– hradlo resetovacího tranzistoru, v každém taktu pUed pUenosem náboje
z horizontálního posuvného registru na výstupní zesilova7 je nutné vybít
kondenzátor na jeho vstupu, který slouží jako pUevodník náboje na napEtí.
H3, H2
– dvojfázové taktovací impulsy pro Uízení horizontálního posuvného registru.
Jsou pUerušeny na dobu nutnou k pUenosu Uádku z vertikálních posuvných
registr] do horizontálního.
V3 až V4
– 7tyUfázové Uízení vertikálních posuvných registr], pUedepsanými
kombinacemi napEtí se ur7uje poloha potenciálových jamek pUi exponování
obrazu (sudý – lichý p]lsnímek). V každém televizním Uádku je obsah
vertikálního
posuvného
registru
posunut
o
jednu
pozici
smErem
k horizontálnímu posuvnému registru.
SUB
– substrátové hodiny, Uídí odsávání náboje z fotocitlivé oblasti 7ipu. Tento
signál se používá jako elektronická závErka, obraz je exponován jen když tento
signál není aktivní (aktivní v 0). Aby se zabránilo nežádoucího odsávání náboje
z vertikálních posuvných registr], m]že být signál odsávání náboje aktivní jen
pUi ur7ité kombinaci napEtí na elektrodách V1 až V4, viz obr. 25.
SG3, SG2
- Uídí pUenos náboje z fotocitlivé 7ásti sníma7e do vertikálních posuvných
registr], pUi pUenosu jsou superponovány na signály V2 a V3.
obr. 25 6asování Uídících signál] bEhem jednoho Uádku.
Jeden takt je v televizním režimu 70,48 ns. Délka Uádku odpovídá 908 takt]m.
Taktovací impulsy H2 horizontálního posuvného registru jsou vzhledem k H3
invertovány.
8.2
KAMERA S CCD SNÍMA6EM
Základní zapojení kamery s uvedeným CCD sníma7em je dáno požadavky na
jeho Uízení, která jsou pUedepsána výrobcem. Kamera obsahuje generátor signál] (na
obr. 26
je to blok „programmable time generator“) pro Uízení CCD sníma7e, obvod
pro zpracování videosignálu (blok „sample/hold video amp.“ tamtéž) a budi7
vertikálních a substrátových taktovacích signál] (blok „vertical driver“ tamtéž), který
provádí konverze TTL úrovní na úrovnE vhodné pro CCD sníma7.
obr. 26 Blokové zapojení kamery s CCD sníma7i ICX039Dxx
Význam signál]
VstupnE / výstupní signály z kamery
CONTROL
– šest volnE programovatelných vstup]/výstup] pro zpracování
videosignálu,
COMPOSITE VIDEO
– výstupní videosignál
Tídící signály sample/hold obvodu
CLP 3, CLP3
– slouží k upínání videosignálu na úroveO 7erné, jsou aktivní, když je na
výstupu CCD sníma7e videosignál z opticky zastínEných sloupc] na
za7átku a na konci fotocitlivé oblasti,
SHP, SHD
– signály pro vzorkování výstupního signálu z CCD sníma7e,
BLK
– zatemOovací impuls, je aktivní po dobu, kdy na výstupu CCD
sníma7e není platný videosignál (aktivní v 0),
CSYNC
– je synchroniza7ní smEs,
HD
– Uádkový synchroniza7ní impuls.
54
Vzorkovací obvod vzorkuje (na obr. 26 je to blok „sample and hold“) výstupní
signál z CCD sníma7e v okamžicích pUed pUenosem náboje z horizontálního
posuvného registru (tEsnE po rozepnutí resetovacího tranzistoru) a po pUenosu náboje
(nový pixel). Videosignál je získán jako rozdíl tEchto dvou vzork]. Tím je potla7en
geometrický šum CCD sníma7e a pUeslechy rychlých Uídících signál] do obrazu.
Pokud je dodržena pUedepsaná 7asová následnost jednotlivých Uídících
signál] pUi pUenosu náboje z fotocitlivé oblasti, je možné mEnit další Uídící signály
a modifikovat tak chování kamery. Je možné využít kameru i v jiných režimech než
standardních, viz [4]. Expozici kamery a pUevod obrazu na videosignál je možné
synchronizovat pUíchodem požadavku na snímání. Vertikální synchroniza7ní impuls
pak ozna7uje za7átek platného videa, horizontální synchroniza7ní impulsy oddElují
jednotlivé Uádky. Je možné získat pouze sudý nebo pouze lichý p]lsnímek (kamera
pracující v TV režimu) a zmEnit napU. rozlišení kamery se7tením náboje ze dvou
pixel] na kondenzátoru pUevádEjícího náboj na napEtí.
Této možnosti je využito i u kamer použitých v prohlíže7ce BTCAM 612.
Kamerou snímaný obraz má rozlišení 380 na 287 viditelných pixel] a jeho snímání je
synchronizováno spouštEcím impulsem – požadavkem na sejmutí snímku. Plnou
synchronizací se rozumí závislost vystavení platného videosignálu pouze na pUíchodu
spouštEcího impulsu. Vystavení vertikálního synchroniza7ního impulsu následuje
okamžitE po pUíchodu požadavku na snímek. U kamery pro hrdlo je použita pevná
délka expozi7ní doby, kamera pro dno má promEnnou délku expozice vyjádUenou
délkou spouštEcího impulsu, viz. kapitola „9. Expozimetr“.
55
8.3
STORBOSKOPICKÝ REŽIM KAMERY S PLNOU SYNCHRONIZACÍ
VNDJŠÍM POŽADAVKEM A KAMEROU TÍZENÝM ZÁBLESKEM
V tomto režimu pracuje kamera pro mEUící místo hrdlo. Snímání je
synchronizováno vnEjším požadavkem. Tízením záblesku kamerou je možné
unifikovat zapojení Uídící karty BOTCTRL. Karta pouze vystaví požadavek na
snímek, o délku záblesku a tedy i délku expozice se již stará kamera. PUi potUebE
jiné, po danou aplikaci specifické, expozi7ní doby tak sta7í pUeprogramovat hradlové
pole v kameUe. Tídící logika karty BOTCTRL tak z]stává i pUi odlišné potUebE na
délky expozice kamery stejná. Pr]bEh Uídících signál] v tomto režimu ukazuje
následující obrázek.
REQ
FLASH
HD
SUB
SG3,2
VD
expozice
Prázdné video
t/s
287 Uádk]
Platné video
Prázdné video
obr. 27 6asování kamery ve stroboskopickém režimu s plnou synchronizací spouštEcím
impulsem a kamerou Uízeným zábleskem
8.4
STROBOSKOPICKÝ REŽIM KAMERY S PLNOU SYNCHRONIZACÍ
VNDJŠÍM POŽADAVKEM A MOŽNOSTÍ TÍZENÍ EXPOZI6NÍ DOBY
V tomto režimu pracuje kamera pro mEUící místo dno. Možností Uízení
expozi7ní doby se rozumí možnost Uízení doby vystavení fotocitlivé 7ásti CCD 7ipu
svEtlu, což pUedpokládá možnost Uízení signálu SUB.
V dobE, kdy nepUichází požadavek, je náboj z fotocitlivé oblasti CCD 7ipu
odsáván. Vyskytne-li se požadavek na snímek, zastaví se odsávání deaktivací signálu
SUB
(aktivní v 0). Vzhledem k výše popsaným omezením na 7asový pr]bEh signálu
SUB
vzhledem k 7asové souslednosti se signály V3 až V4 lze spustit za7átek
expozi7ní doby pouze v definovaný okamžik a
tedy s periodou 64 µs. Konec
56
expozi7ní doby je možný v jakýkoliv okamžik, Uízení expozi7ní doby je tedy spojité.
Minimální expozi7ní doba je omezena dynamikou CCD 7ipu na cca 60 µs (doba
nutná k pUesunu náboje do zatemnEných registr]).
Po uplynutí expozi7ní doby je náboj z fotocitlivé 7ásti pUesunut do
vertikálních posuvných registr] (signály SG3 a SG2). Po dobu tohoto pUenosu jsou
vypnuty taktovací impulsy H3 a H2 pro Uízení horizontálního posuvného registru. Je
vystaven vertikální synchroniza7ní impuls zna7ící za7átek obrazu a latentní obraz je
standardním zp]sobem (pUesouváním náboje v posuvných registrech a pUevodem
náboje na napEtí) pUeveden na videosignál v nižším rozlišení, 380 na 287 pixel].
Kamera poté 7eká na další požadavek.
V intervalech, kdy se na výstup CCD sníma7e nepUenáší platné video, má
videosignál úroveO 7erné. Tádkové synchroniza7ní signály jsou ponechány
i v prázdném videosignálu a zajiš[ují upínání analogových obvod] a digitizéru na
úroveO 7erné.
Videosignál z kamery je dále zpracováván digitizérem, který pUíchod
platných dat pro digitalizaci indikuje pUíchodem vertikálního synchroniza7ního
impulsu.
REQ
HD
SUB
SG3,2
VD
expozice
Prázdné video
t/s
287 Uádk]
Platné video
Prázdné video
obr. 28 6asování kamery ve stroboskopickém režimu s plnou synchronizací vnEjším
požadavkem a možností Uízení expozi7ní doby
57
8.5
58
PSEUDOKONTINUÁLNÍ REŽIM STROBOSKOPICKÉ KAMERY
Kontinuálním režimem kamery rozumíme možnost snímat posloupnost
snímk] s ur7itou periodou T. O 7asování všech Uídících signál] a vysílání snímk]
s periodou T se stará Uídicí logika kamery.
Máme-li již ale kameru naprogramovanou na jeden z výše zmínEných
stroboskopických režim], je možné Uízením doby mezi požadavky na snímek
dosáhnout stejného výsledky – snímky budou z kamery vysílány se stejnou periodou.
Nejedná se tedy o 7istý kontinuální režim, protože o vysílání požadavk] na snímek
se
starají
nadUazené
obvody.
Takový
režim
je
tedy
možné
pseudokontinuálním režimem.
V programu je volbou „Video / Aktuální video“ („
“) spuštEn právE tento režim.
/
nazvat
9.
59
EXPOZIMETR
Pro získání snímk], které nejsou závislé na r]zné svEtelné propustnosti (r]zné
barvE) snímaných láhví, je využito Uízení expozi7ní doba kamery. PrincipiálnE se
jedná o Uízení v otevUené smy7ce, protože zjistit informaci o obraze lze v CCD
kameUe až po ukon7ení expozice a dalším zpracování náboje naakumulovaného ve
struktuUe CCD a zpEtná vazba tedy nepUichází v úvahu.
Na expozimetr jsou kladeny následující požadavky:
1) Obrázek musí být pro láhve s r]znou svEtelnou propustností pokud možno stejný.
Množství naakumulovaného náboje ve struktuUe CCD tedy musí být pro r]zné
láhve pUibližnE stejné.
2) Výstupní informací expozimetru je napE[ový impuls, který je zároveO
i spouštEcím impulsem kamery a jehož délka vyjadUuje dobu expozice.
3) Rozsah regulace musí být dostate7ný, tzn. v regulovatelném rozsahu musí být jak
bílá láhev, tak i láhev s velmi tmavým hnEdým sklem.
4) Expozimetr musí být stavitelný tak, aby v pUípadE zmEny svEtelných vlastností
zdroje osvEtlení dokázal spolehlivE regulovat a na výstupu kamery byl
kvalitativnE stejný nebo velmi podobný snímek.
ZároveO již ve fázi návrhu vyplývají nEkterá omezení:
1) Expozi7ní doba nem]že být extrémnE krátká. Protože je expozi7ní doba
vyjádUena
spouštEcím
impulsem,
který
musí
vstupní
obvody
kamery
zaregistrovat, není možné snížit expozi7ní dobu pod ur7itou mez. V kameUe je
minimální doba omezena pUedepsaným 7asováním pUi pUenosu náboje do
zastínEných registr] pomocí signál] SG3 a SG2.
2) SpuštEní kamery je možné až s novým Uádkem (opEt vzhledem k 7asování
signál]). Je tedy nutné synchronizovat za7átek expozi7ní doby na Uádkové
hodiny.
60
3) Vzhledem k velké rychlosti snímaných objekt] by mEla být expozi7ní doba co
nejkratší. NapU. rychlost 40000 láhví/hodinu odpovídá posunu láhve pUibližnE o 7
mm za dobu 10 ms, 7 mm odpovídá 10 % šíUky láhve.
Použité technické Uešení expozimetru bylo pUevzato a inovováno z p]vodního
Uešení karty BOTCTRL. Byla stanovena kone7ná hodnota nabíjecí kapacity a byl
pUidán
stavitelný
odpor
pro
hrubé
nastavení
rozsahu
expozimetru.
Byl
standardizován tvar optického vlákna, které pUivádí informaci o intenzitE osvEtlení
v místE mEUení k fototranzistoru. Byly odmEUeny charakteristiky expozimetru
a odzkoušena jeho funk7nost v praxi.
9.3
TEORETICKÝ POPIS FUNKCE EXPOZIMETRU
Primárním požadavkem na expozimetr je, aby klasifika7ní algoritmy mohly
být úspEšnE použitelné na snímky z kamery bez ohledu na to, jaké svEtelné vlastnosti
má snímaný objekt. Požadujeme tedy stejné množství naakumulovaného náboje ve
struktuUe CCD nezávisle na intenzitE osvEtlení dopadajícího svEtla. Množství
naakumulovaného náboje není ale po dobu expozice mEUitelné, proto je vhodné
nalézt jinou, dobUe mEUitelnou veli7inu použitelnou pro mEUení expozi7ní doby.
Takovou veli7inou je intenzita osvEtlení v místE mEUení.
Je tedy možné pUevést mEUení množství naakumulovaného náboje za dobu
expozice na mEUení 7asového integrálu intenzity osvEtlení za dobu expozice a
požadavek na stejné množství naakumulovaného náboje na požadavek stejné
velikosti 7asového integrálu intenzity osvEtlení v místE mEUení.
Pro teoretickou úplnost je vhodné uvažovat i o aktivním stavu zdroje svEtla
(svEtlo je generováno pouze po ur7itou dobu – to je pUípad zábleskové osvEtlovací
jednotky) a aktivním stavu CCD struktury (CCD struktura je schopna akumulovat
náboj). Výhodou LED zábleskového osvEtlení je velmi intenzivní svEtelný záblesk za
krátkou dobu (UádovE ms). Tím je možné získat nezávislost osvEtlovacích podmínek
na okolí. Pokud použijeme kontinuální osvEtlení a požadujeme nezávislost na
61
okolních osvEtlovacích podmínkách, musí se jednat o velmi intenzivní kontinuální
svEtelný zdroj – to je pUípad mEUicího místa dno.
Popisující rovnice, které musí být splnEny pomocí mEUení expozi7ní doby a
pomocí 7asového Uízení kamery, popU. i zdroje svEtla, jsou následující:
beg
beg
beg
, tlight
)
texp
= max(tcamera
(9.1)
end
end
end
, tlight
)
= min(tcamera
texp
(9.2)
end
texp
I=
∫ E (t )dt = const
(9.3)
begin
texp
kde
I
je požadovaná hodnota integrálu intenzity osvEtlení za dobu expozice,
jednotka lux ⋅ s
E (t )
je intenzita osvEtlení, obecnE m]že být v 7ase promEnná, jednotka lux .
beg
je 7as, kdy CCD struktura za7ala být schopna akumulovat náboj,
tcamera
end
je 7as, kdy CCD struktura pUestala akumulovat náboj (pUesun náboje do
tcamera
posuvných registr]),
beg
tlight
je 7as, kdy zdroj za7al generovat svEtlo (za7átek záblesku),
end
tlight
je 7as, kdy zdroj pUestal generovat svEtlo (konec záblesku),
beg
t exp
je 7as za7átku expozice,
tlend
exp
je 7as konce expozice,
jednotkou 7asových veli7in je sekunda.
Rovnice (9.1) vyjadUuje 7as, kdy za7íná akumulace náboje v CCD struktuUe
(za7átek doby expozice), rovnice (9.2) vyjadUuje 7as, kdy akumulace náboje kon7í
(konec doby expozice).
62
obr. 29 Vzájemný vztah 7as] ur7ujících expozi7ní dobu
Pro stroj EXAN 06 CCD, kde mEUící místo dno je kontinuálnE osvEtlováno
beg
halogenovou žárovkou, tedy odpadá Uízení svEtelného zdroje a tlight
= −∞
end
a tlight
= + ∞ . Doba, kterou je nutné Uídit, je expozi7ní doba kamery. Problémy
spojené s použitím pUímého žárovkového osvEtlení jsou diskutovány v kapitole
Experimentální výsledky.
Expozi7ní doba kamery za7íná se startem mEUení intenzity osvEtlení a kon7í,
když 7asový integrál intenzity osvEtlení dosáhl požadované, pUedem zadané,
konstantní hodnoty, viz rovnice (9.3).
Pokud budeme pUedpokládat zmEnu intenzity osvEtlení po dobu snímání
obrazu za zanedbatelnou, lze považovat intenzitu osvEtlení za konstantní a rovnice
(9.3) m]že být zjednodušena na:
I = Ei ⋅ ∆ticamera = const ,
kde
I
je hodnota integrálu z rovnice (9.3),
i = 0, 1, 2... ozna7uje posloupnost snímk],
Ei
je hodnota intenzity osvEtlení pro i-tý snímek,
∆ticamera je doba expozice CCD struktury pro i-tý snímek.
(9.4)
Pro každý snímek je tedy uvažována specifická hodnota intenzity osvEtlení
(odpovídající rozdílné propustnosti materiálu) a specifická hodnota expozi7ní doby
kamery. Dobu expozice lze potom z (9.4) vyjádUit:
∆ticamera =
const
,
Ei
(9.5)
jedná se tedy o hyperbolický pUevodník intenzity osvEtlení na 7asový interval.
9.2
REALIZACE EXPOZIMETRU
Praktickou realizaci rovnice (9.5) lze provést jako komparátor napEtí na
kondenzátoru UCap, který je nabíjen proudem odpovídajícím intenzitE osvEtlení,
s referen7ní (požadovanou) hodnotou Ucompare. Snímacím prvkem je fototranzistor, ke
kterému je pomocí optického vlákna pUivedena informace o intenzitE osvEtlení
z místa mEUení. MEUení expozi7ní doby probíhá sou7asnE s expozicí kamery.
obr. 30 Obvodové zapojení expozimetru
Fototranzistor se chová jako zdroj nabíjecího proudu kondenzátoru Cap (na
obr. 30
je to kondenzátor C30). Jak již bylo Ue7eno, pro daný snímek je uvažována
konstantní hodnota intenzity osvEtlení po dobu mEUení, nabíjecí proud kondenzátoru
je tedy po dobu mEUení (dobu expozice) také konstantní.
PUevodní charakteristika fototranzistoru je v pracovní oblasti lineární. Pro
posloupnost láhví s r]zným koeficientem propustnosti a tedy mEnící se intenzitou
osvEtlení v místE mEUení je nabíjecí proud kondenzátoru vzhledem k intenzitE
osvEtlení mEnEn podle pUevodní charakteristiky, tedy lineárnE.
Intenzita osvEtlení je mEUena v místE za dnem láhve a pUed objektivem
kamery (viz. obr. 7 v kapitole „5. Popis prohlíže7ky BTCAM 612“).
63
Jednoduše lze z rovnice (9.5) odvodit i závislost na kompara7ním napEtí.
Nabíjecí proud je vzhledem k lineární pUevodní charakteristice fototranzistoru pUímo
úmErnE závislý na intenzitE osvEtlení
I c (t ) = k ⋅ E (t )
(9.6)
k je strmost fototranzistoru, jednotka A ⋅ lx −1 .
ZmEnu intenzity osvEtlení v místE mEUení po dobu mEUené je možné zanedbat:
dE (t )
=% 0
dt
(9.7)
Nabíjecí proud je tedy možné po dobu mEUení považovat za konstantní. Velikost
náboje naakumulovaného kondenzátorem za dobu expozice lze za pUedpokladu
nabíjení konstantním proudem vyjádUit:
end
texp
Q=
∫ I (t )dt = I
c
c
⋅ ∆t exp
(9.8)
beg
texp
Expozice kon7í, pokud napEtí na kondenzátoru UCap dosáhne kompara7ní úrovnE
Ucompare:
U cap =U compare=
Q
C
(9.9)
kde C je kapacita nabíjecího kondenzátoru, jednotka F.
Dosazením (9.6) a (9.8) do (9.9) získáme:
U compare =
I c ⋅ ∆t exp
C
=
k ⋅ E ⋅ ∆t exp
C
(9.10)
odkud je již možné pUímo získat závislost expozi7ní doby na kompara7ním napEtí
a intenzitE osvEtlení jako:
∆t exp = U compare ⋅
kde K =
K
,
E
(9.11)
C
je v pr]bEhu mEUení konstantní, jednotka F ⋅ lx ⋅ A−1
k
Z rovnice (9.11) také vyplývá, že expozi7ní dobu kamery lze kompara7ním napEtím
pUednastavit pUímo úmErnE.
ExperimentálnE bylo ovEUeno, že 7asový pr]bEh napEtí na kondenzátoru Ucap
je po dobu jeho nabíjení lineární. PUedpoklad rovnice (9.4), tedy pUedpoklad
64
konstantní intenzity osvEtlení v místE mEUení po dobu mEUení (po dobu expozice,
která je maximálnE nEkolik ms), je takto splnEn.
Tímto byla za pUedpokladu nEkolika zjednodušení odvozena popisující
rovnice expozimetru. Správnost úvahy potvrdily i experimentální výsledky. Pro
praktické použití bylo nutné ošetUit ještE minimální a maximální expozi7ní dobu.
D]vody již byly vysvEtleny v odstavci popisujícím omezení expozimetru. K realizaci
expozimetru na kartE BOTCRTL je využit blok pro mEUení délky expozice, Uídicí
logika je naprogramována do hradlového pole (viz. pUílohy – výkres „EXP_CTRL“).
obr. 33 6asové pr]bEhy signál] expozimetru
Stanovení hodnot konstant
Stanovením konstant se rozumí stanovení velkosti kapacity nabíjecího kondenzátoru
C, kompara7ního napEtí UCompare a minimální a maximální doby expozice. Vzhledem
k faktor]m, které také vstupují do problému a které nebylo možno pUímo analyticky
podchytit a které znemožnily pUímo ur7it hodnotu konstant (jako napU. rozptyl hodnot
strmosti fototranzistrou, napojení optického vlákna na fototranzistor apod.) bylo
pUikro7eno k experimentálnímu ur7ení kapacity a maximální expozi7ní doby:
C = 100 nF,
texp min = 12 µs,
texp max = 960 µs.
65
Nastavení kompara7ního napEtí sestává z pUednastavení rozsahu, které bylo
provedeno seUízením odporového trimru R44 (viz pUílohy – výkres BOTCTRL –
Analogová 7ást) pUi nastavování pUevodní charakteristiky na pracovní rozsah (viz.
kapitola „Experimentální výsledky“), a z nastavení pUesné hodnoty (pomocí slova 0
až 255 pro D/A pUevodník) pUi vlastním optickém seUízení stroje.
66
30. TÍDICÍ KARTA BOTCTRL
Karta BOTCTRL je zásuvná karta ur7ená pro hardwarové zabezpe7ení
komunikace sou7innosti subsystém] prohlíže7ky BTCAM 612 a zároveO pro
zabezpe7ení komunikace s nadUazeným Uídicím systémem stroje EXAN 06 CCD.
Generuje mj. i spouštEcí impulsy pro karty GX6. Je ur7ena pro Uízení 2 kamer.
Obvodové Uešení obsahuje následující, navzájem propojené 7ásti (viz. pUílohy –
výkresová dokumentace karty BOTCTRL – výkresy „Analogová 7ást“ a „Digitální
7ást“):
-
Programovatelný dekodér bázové adresy „ADRES 1016“ (hradlové pole
IspLSI 1016),
-
Uídicí programovatelné hradlové pole „MAIN 1032“ (hradlové pole
IspLSI 1032), obsahující Uídicí logiku,
-
2x4 opticky oddElené vstupy,
-
2x4 opticky oddElené výstupy,
-
TTL vstupy / výstupy pro 2 kamery,
-
2 jednotky pro mEUení intenzity osvEtlení s napE[ovým komparátorem,
-
dvojitý D/A pUevodník pro nastavení referen7ní hodnoty napEtí na
komparátorech,
-
zdroj impuls] pro zábleskové osvEtlení,
-
oscilátor,
-
slouží zároveO jako napájecí zdroj pro kamery,
V dobE realizace diplomové práce již byla karta fyzicky navržena, zmEna
byla provádEna pouze ve vnitUním zapojení hradlových polí, které však zajiš[ují
hlavní logické propojení Uídicího softwaru s kamerami a nadUazeným systémem.
30.3.3 VnitUní zapojení hradlového pole „ADRES 3036“
V hradlovém poli „ADRES 1016“ je naprogramován dekodér bázové adresy
0x300, v pUípadE potUeby je možné tento dekodér fyzicky vymEnit za jiný (s jinou
bázovou adresu). Velikost adresového okna vymezeného tímto dekodérem bázové
adresy je 16 adres (shoda spodních 4 bit] adresové sbErnice není porovnávána).
67
68
Výstupní signál tohoto hradlového pole má význam Chip Selectu Uídicího hradlového
pole „MAIN 1032“, které pak dekóduje pouze adresy 0 –15 ze spodních 7tyU bit]
adresové sbErnice.
Výkresová dokumentace vnitUního zapojení je uvedena v pUíloze.
Karta BOTCTRL
IspLSI 3036
Konektor ISA sbErnice
Data
OUT
Adresový dekodér
pro 8 selekt]
od bázové adresy
IN
Optický
konektor
OPTO
IspLSI 3032
Dekodér
bázové
adresy
Kamerový
konektor
CAMBT
Expozice
a spouštEcí
impuls
kamery dno
SpouštEcí
impuls
kamery dno
Flash logic
NapE[ový
komparátor
Kamerový
konektor
CAMNC
STATUS A
STATUS B
D/A
Flash
obvod
Konektor
FLASH
STATUS IN
STATUS
OUT (C)
Opto7len
Takt dno
Takt hrdlo
Opto7len
OUT
IN
Konektor COMUNIC pro
komunikaci se strojem EXAN
Multiplex
stavových slov
obr. 32 Bloková struktura karty BOTCTRL v použitém zapojení
30.3.2 VnitUní zapojení Uídicího hradlového pole „MAIN 3032“
Jedná se o hradlové pole ISP Lattice 1032. Zajiš[uje Uídící logiku
prohlíže7ky. Dekódování bázové adresy s odstupem 16 adres zajiš[uje hradlové pole
„ADRES 1016“. V hradlovém poli „MAIN 1032“ je pak teoreticky možné
dekódovat 16 selekt] od bázové adresy. Vzhledem k požadavk]m úlohy je ale tato
možnost omezena na dosta7ujících 8 selekt]. Tídicí hradlové pole tedy obsahuje
adresový dekodér pro dekódování adresy v rozsahu 0 – 7 od bázové adresy. Datové
propojení se sbErnicí ISA má šíUku 8 bit].
Všechny vstupní i výstupní signály jsou zachyceny a uchovávány ve
stavových slovech:
STATUS OUT – stavové slovo výstupních komunika7ních signál],
STATUS IN
– stavové slovo vstupních komunika7ních signál],
STATUS A
– stavové slovo vstupních/výstupních signál] kamery dna,
STATUS B
– stavové slovo vstupních/výstupních signál] kamery hrdla.
Stavová slova STATUS A, B a IN je možné vy7ítat pUes multiplexor
stavových slov. Volba stavového slova je ur7ena adresou pUi 7tení z pUíslušného
portu.
SpouštEcí signál pro kameru hrdla je tvoUen v bloku GEN_SO_H. Kamera
hrdla vrací zpEt signál pro spuštEní záblesku, kterým je spouštEn zábleskový
(FLASH) obvod na kartE. SpouštEcí signál pro kameru dna musí zároveO obsahovat
i informaci o délce expozice, proto je tvoUen v bloku Uízení expozice EXP_CTRL.
ZároveO je ošetUeno i možné spouštEní snímání obEma kamerami softwarovE,
konkrétnE zápisem jakékoliv hodnoty na pUíslušný port. PUesné popisy význam]
jednotlivých port] a stavových slov viz. pUíloha „Specifikace hlášení vypisovaných
na obrazovku“.
30.3.3 Blok Uízení doby expozice kamery dna EXP_CTRL
Tento blok obsluhuje Uízení obvod] expozimetru a zajiš[uje generování
spouštEcího signálu pro kameru dno.
Expozi7ní doba nem]že z d]vod] 7asové souslednosti Uídicích signál]
v kameUe za7ínat v libovolnou dobu, proto je spouštEcí impuls vzorkován Uádkovými
impulsy HD. Ty mají periodou 64 µs. Pro spolehlivou synchronizaci za7átku
spouštEcího impulsu s jeho vzorkováním v kameUe je z kamery vyveden signál
pUedbíhající HD. Tímto signálem jsou substrátové hodiny SUB ur7ené v kameUe pro
elektronickou závErku.
69
Na signál SUB je v bloku Uízení expozice EXP_CTRL synchronizován
za7átek spouštEcího impulsu, je ukon7eno vybíjení kondenzátoru expozimetru
a za7íná mEUení expozi7ní doby. Teoreticky je možné, že pUi plném svEtle je
expozi7ní doba tak krátká, že obvody BOTCTRL nestihnou vystavit kvalitní
spouštEcí impuls, který je kamera schopna zachytit, minimální expozi7ní doba je
proto omezena na 12 µs.
Expozi7ní doba (spouštEcí impuls) je ukon7ena bu@ s pUíchodem signálu
z komparátoru, zna7ícím, že napEtí na kondenzátoru dosáhlo požadované velikosti,
nebo po vypršení doby 15 Uádkových impuls], tj. 15 ⋅ 64 µs = 960 µs, což je
maximální možná délka doby expozice. Poté je v kameUe pUesunut náboj do
zatemnEných registr] a za7íná vysouvání videosignálu.
V pr]bEhu generování spouštEcího signálu je provádEna ještE doplOková
komparace doby expozice pro zjištEní, zda se expozi7ní doba nachází mezi 320 µs
a 576 µs (mezi 5. a 9. impulsem HD), tedy uprostUed rozsahu. Výstupní signál je
nazván MIDDLE a pUes stavové slovo je vy7ítán a poté zpUístupnEn v seUizovacím
režimu.
Obvodové Uešení Uízení expozice odpovídá pUedchozímu popisu, vlastní realizace viz.
pUílohy – výkres „EXP_CTRL“.
70
33. TECHNICKÉ TEŠENÍ PROBLÉMU
SOU6INNOSTI KAMERY A EXPOZIMETRU
Popis problému
PUi zkouškách na zkušebním okruhu v NATE a v pivovaru REBEL byla
zjištEna chyba v komunikaci mezi kamerou pro pohled na dno a kartou BOTCTRL
(viz. „13.4 Hazardy na kamerovém spouštEcím signálu“). Tato chyba byla náhodná
a byla detekována v jinak korektnE snímané posloupnosti snímk] jako 7erný snímek,
který má nejnižší hodnotu jasové úrovnE ve všech svých bodech. Pr]vodní znaky této
chyby byly velmi nepUíjemné z hlediska zjištEní její pUí7iny. Chyba byla náhodná
a vyskytovala se pouze u prohlíže7ky nainstalované na stroji, v laboratorních
podmínkách nebylo možné ji pozorovat, pUestože na stroji se vyskytovala s 7etností
pUibližnE 1x za 2000 snímk]. PUesné ur7ení subsystému, který jako prvotní zp]sobí
tuto chybu, bylo rovnEž problémem, protože mohlo jít jak o kameru, tak o blok Uízení
expozi7ní doby na kartE BOTCTRL, tak i chybu na kartE GX6.
Diagnostika pUí7iny
Protože snímek byl do IPC pUenesen celý, znamená to, že kamera vystaví
platný vertikální synchroniza7ní impuls, od kterého potom karta GX6 provede
digitalizaci videosignálu. Snímek mEl navíc ve všech pixelech jedinou hodnotu
jasové úrovnE. Chyba v kartE GX6 tedy byla velmi nepravdEpodobná. Dalším
zdrojem mohl být chybný, extrémnE krátký spouštEcí impuls kamery vystavený
blokem Uízení expozice v kartE BOTCTRL. MEUení spouštEcího signálu pomocí
osciloskopu ale tuto hypotézu vyvrátilo, protože spouštEcí impuls byl vždy
dostate7nE dlouhý na to, aby se v kameUe exponoval viditelný obraz. Chyba tedy byla
nEkde mezi kartou BOTCTRL a kamerou, pUípadnE v kameUe.
PokusnE bylo zmEnEno zapojení v Uídicím hradlovém poli kamery tak, aby
kamera vysílala na rezervní výstup potvrzení spouštEcího impulsu. MEUením
7asových pr]bEh] na osciloskopu pak byla pUí7ina chyby diagnostikována – pro
platnou délku spouštEcího impulsu nebyl vrácen impuls potvrzení z kamery (viz.
experimentální výsledky). Vzhledem k náhodnosti výskytu a vázání této chyby pouze
71
na pr]myslové provozy (v blízkosti stroje jsou silové motory, v pivovaru REBEL
navíc Uízené frekven7ním mEni7em) byla pUí7ina chyby stanovena jako hazard na
nástupní hranE spouštEcího impulsu. Nástupná hrana spouští vystavení vertikálního
synchroniza7ního impulsu a za7átek expozice, jeho sestupná hrana ukon7uje expozici
a zahajuje pUevod na videosignál. Pokud se tedy vyskytne hazardní stav na nástupné
hranE takový, že je vystaven vertikální synchroniza7ní impuls, a okamžitE je
ukon7ena expozice bez toho, aniž by obvody starající se o vysílání potvrzení
zaznamenaly zmEnu stavu (žádné potvrzení), m]že pak být pr]vodním jevem
pUíchod snímku o minimální jasové úrovni ve všech bodech.
Tešení problému
Pro spolehlivé odstranEní tohoto problému bylo upraveno obvodové schéma
vstupní 7ásti kamery zachycující požadavek na spuštEní. SpouštEcí signál je
vzorkován signálem COL[4], který má periodu 2 µs. Vzorky jsou pUedávány do
posuvného registru tvoUeného tUemi D-klopnými obvody, které realizují pamE[ pro
poslední 3 vzorky. Z tEchto vzork] je platnost úrovnE spouštEcího signálu
vyhodnocena majoritní funkcí 2 ze 3. Takové zapojení ignoruje hazardy na
spouštEcím signálu až do délky 2 µs.
obr. 33 Obvodové zapojení vstupní 7ásti s logikou 2 ze 3
PUi následných dlouhodobých zkouškách a pozorování na okruhu v NATE
ChotEboU již nebyla tato závada nikdy pozorována. Tešení problému je možné
ozna7it za úspEšné a závadu za odstranEnou.
72
32. OPTICKÉ A METROLOGICKÉ SETÍZENÍ
PROHLÍŽE6KY
Návrh zp]sobu optického a metrologického seUízení je nedílnou sou7ástí
návrhu systému a usnadOuje jeho zavádEní do praxe. SeUízení prohlíže7ky bylo
rozdEleno na dva celky. Jedním je tzv. optické nastavení, což je mechanické seUízení
všech 7ástí stroje a nastavení parametr] ovlivOujících snímání obrazu. Výsledný
obraz musí odpovídat standardizovanému snímku, pro který byly navrženy
algoritmy. Optické nastavení zahrnuje seUízení kamer a expozimetru a seUízení
digitizéru. Druhým celkem je tzv. seUízení parametr], což je vypracovaný zp]sob
zadávání parametr] pro klasifika7ní algoritmy.
Protože navržený zp]sob má charakter technologického postupu, který je
používán pUi seUízení prohlíže7ky, a jeho vlastní obsah je velmi podrobný, byla celá
7ást pUesunuta do samostatného oddílu v pUíloze (viz „PUíloha A - Postup pUi
optickém a metrologickém seUízení“).
Menu a obrázky, na které je odkazováno, jsou z ruské verze programu, proto
je pro snadnou orientaci ke každému zmiOovanému parametru pUipojen i jeho ruský
ekvivalent zna7ící nápis na tla7ítku.
Praktické odzkoušení tohoto postupu bylo úspEšnE ovEUeno pUi tUech
instalacích popisované prohlíže7ky BTCAM 612 na stroje EXAN 06 CCD.
73
33. EXPERIMENTÁLNÍ VÝSLEDKY
33.3 MDTENÍ ZÁVISLOSTI INTENZITY OSVDTLENÍ V MÍSTD MDTENÍ
NA INTENZITD OSVDTLENÍ NA MATNICI
Pro zjištEní rozsahu možných intenzit osvEtlení pUi mEUení expozi7ní doby
bylo provedeno orienta7ní mEUení intenzity osvEtlení v místE umístEní optického
vlákna (v místE mEUení intenzity osvEtlení pUi Uízení expozice kamery).
Použité pUístroje
1) Kolorimetrická hlava Meopta COLOR3, žárovka 50 W.
2) Digitální luxmetr PU 550.
3) Stojan pro uchycení sondy luxmetru.
Postup pUi mEUení
Místo mEUení bylo umístEno 35 cm kolmo nad matnicí osvEtlovacího zdroje,
tedy obdobnE jako je uspoUádáno mEUicí místo na stroji EXAN 06 CCD. Místo
mEUení odpovídá umístEní hrdla mEUeného vzorku láhve. Jako zdroj osvEtlení byla
použita kolorimetrická hlava COLOR 3 z laboratorního zvEtšovacího pUístroje
umožOující plynulou regulaci intenzity osvEtlení. Za nastavovanou hodnotu byla
zvolena intenzita osvEtlení na matnici osvEtlovacího zdroje. MEUení intenzity
osvEtlení bylo provedeno digitálním luxmetrem PU 550.
Pomocí nastavovacího prvku D (z angl. darkness) byly nastavovány hodnoty
referen7ní intenzity osvEtlení bílého svEtla a ode7ítána byla intenzita osvEtlení
v místE mEUení pro 6 vzork] láhví (viz. tab. 2).
Výsledky byly zaneseny do grafu, pro vEtší pUehlednost byly mEUítka na obou osách
zvoleny logaritmické. Byla provedena aproximace hodnot lineární funkcí metodou
nejmenších 7tverc] pomocí programu Excel. Láhev s nejvEtší propustností svEtla je
vzorek 7. 6, s nejmenší je vzorek 7. 2.
74
Vzorek 7.
75
Popis
1
svEtle hnEdá pivní láhev,tvar EURO 0,5 l
2
tmavE hnEdá pivní láhev, tvar EURO 0,5 l
3
pr]mErnE hnEdá pivní láhev, tvar NRW 0,5 l
4
bílá pivní láhev, tvar EURO 0,5 l s reliéfními nápisy na dnE
5
zelená láhev na ovocné mošty 0,7 l
6
bílá nápojová láhev, 0,33 l
tab. 2 Popis mEUených vzork]
Aproxima7ní funkce:
E1 = 8.5 ⋅ 10- 3 ⋅ Eref - 7 ,3
(13.1)
E2 = 4,1 ⋅ 10-3 ⋅ Eref - 3,8
(13.2)
E3 = 5,1 ⋅ 10 -3 ⋅ Eref - 2,6
(13.3)
E4 = 53,6 ⋅10 -3 ⋅ Eref - 32,0
(13.4)
E5 = 20,2 ⋅ 10-3 ⋅ Eref + 1,9
(13.5)
E6 = 62,6 ⋅ 10-3 ⋅ Eref + 40,1
(13.6)
Pracovní bod je na stroji EXAN 06 CCD ur7en intenzitou osvEtlení na
matnici osvEtlovací jednotky stroje. Ta je vzhledem k tomu, že zdroj svEtla je tvoUen
300 W žárovkou, vyšší než bylo možné dosáhnout v laboratorních podmínkách.
PotUebný rozsah je tedy ur7en extrapolací z aproxima7ní funkce odpovídající
nejsvEtlejší a nejtmavší láhvi pro pracovní bod Ep = 75.103 lx (viz. „13.3 MEUení
parametr] zdroje osvEtlení pro mEUicí místo dno“).
⋅
E2 = 4,1 ⋅ 10 -3 ⋅ 75 ⋅ 103 - 3,8 = 303,7 = 300 lx
(13.7)
⋅
E6 = 62,6 ⋅10− 3 ⋅ 75 ⋅103 + 40,1 = 4650 = 4700 lx
(13.8)
Rozsah intenzit osvEtlení, pUi kterých musí expozimetr spolehlivE regulovat,
je tedy možné s ur7itou rezervou odhadnout na 250 až 5000 lx.
76
Tabulka namEUených hodnot
Matnice
svEtelného
zdroje
Eref / klx
30
35
20
25
33
40
vzorek
7.
E3 / lx
80
320
350
220
260
330
3
E2 / lx
40
60
70
300
330
360
E3 / lx
50
70
300
330
360
200
E4 / lx
500
770
3030 3330 3640 2300
E5 / lx
390
300
430
E6 / lx
630
980
3300 3650 2030 2500
Místo mEUení
530
630
800
2
3
4
5
6
tab. 3 Tabulka namEUených hodnot závislost intenzity osvEtlení
Grafické výsledky
Graf závislosti intenzity osvEtlení v místE mEUení
na intenzitE osvEtlení na matnici
30000
E6 = 62,6Eref + 40,3
E4 = 53,6Eref - 32,0
3000
E / lx
E5 = 20,2Eref + 3,9
E3 = 8,5Eref - 7,3
E3 = 5,3Eref - 2,6
E2 = 4,3Eref - 3,8
300
E3 / lx
E2 / lx
E3 / lx
E4 / lx
E5 / lx
E6 / lx
30
30
Eref / klx
obr. 34 Grafické znázornEní závislost intenzity osvEtlení v místE mEUení
300
Zhodnocení výsledk]
Protože v laboratorních podmínkách nebylo možné odmEUit charakteristiky
v pracovním bodE, byla potUebná hodnota rozsahu extrapolována a odhadnuta. Celé
mEUení má pouze informativní charakter, proto nebyla diskutována ani pUesnost
mEUení. Ur7itou chybu pUi mEUení je možné pozorovat z aproxima7ních funkcí. Ty by
mEly procházet nulou, pUesto však mají ve svém analytickém vyjádUení pro Eref = 0
nenulovou hodnotu.
77
33.2 MDTENÍ PTEVODNÍ CHARAKTERISTIKY EXPOZIMETRU NA
KARTD BOTCTRL
Pro nastavení expozimetru do vhodného pracovního bodu bylo nutné
pUednastavit odporový trimr R44 na kartE BOTCTRL takovým zp]sobem, aby se
pUevodní charakteristika nacházela v pracovním rozsahu. Nastavení bylo provedeno
tak, aby pro hodnotu stavového slova 200 (na bílých láhvích se pUedpokládá spíše
regulace smErem ke kratší expozi7ní dobE a tedy snižování hodnot stavového slova)
byl provozní rozsah uprostUed minimální a maximální expozi7ní doby (viz “13.1
MEUení závislosti intenzity osvEtlení v místE mEUení na intenzitE osvEtlení na
matnici”), tedy aby pro
E = 5000 lx byla expozi7ní doba pUibližnE 150 µs a pro
E = 300 lx byla expozi7ní doba pUibližnE 700 µs (ur7itá rezerva smErem
k vyšším hodnotám pro láhve s nepr]hlednou vadou).
Použité pUístroje a sou7ásti
1) MEUená karta BOTCTRL, v. 7.: 01
2) Kamera MODICAM 612 v.7: 99/104 s programem BOTTOM
3) Digitální osciloskop HP 45654D
4) Kolorometrická hlava Meopta COLOR3 s žárovkou 50 W, v.7: 923105
5) SklenEná matnice
6) Digitální luxmetr PU 550
7) Kamerový Uídicí kabel CTRLBt
8) PC s programem vizuálního systému
9) Stojan pro uchycení sondy luxmetru
Postup pUi mEUení a seUízení
Jako zdroj svEtla byla použita kolorimetrická hlavice COLOR3. MEUení
probíhalo pUi bílém svEtle, nastavování intenzity osvEtlení bylo provádEno pouze
seUizovacím prvkem D (darkness). Protože na kolorimetrické hlavE nelze nastavit
78
79
nižší intenzitu osvEtlení než pUibližnE 10000 lx, musela být pUi mEUení pUedUazena
sklenEná matnice umožOující snížení rozsahu a nastavení nižší intenzity osvEtlení.
MEUení expozi7ní doby bylo provedeno digitálním osciloskopem, mEUen byl
spouštEcí signál TRIG_B kamery pro pohled na dno. Doba, kdy je tento signál
v aktivní úrovni vyjadUuje pUímo délku expozi7ní doby. SpouštEcí signál byl mEUen
na Uídicím kabelu na stranE kamery, konkrétnE na vývodu 14. Logika Uídící expozi7ní
dobu vyžaduje pUítomnost impuls] SUBSTCLK, které
generuje kamera pro dno.
Kamera proto musí být pUi mEUení pUipojena.
PUi mEUení kolísá intenzita osvEtlení generovaného zdrojem z d]vodu
napájení žárovky stUídavým napEtím. Proto kolísá i expozi7ní doba. ZmEUena tedy
byla vždy pr]mErná hodnota ur7ená z maximální a minimální hodnoty kolísající
expozi7ní doby pro dané nastavení. 6as byl proto ode7ítán na celé µs.
Tabulka namEUených hodnot
Uídicí slovo D/A
pUevodníku
200
600
3000
3400
3800
2200
2600
255
874
670
552
466
407
360
200
662
530
420
350
305
270
350
493
377
334
262
227
300
323
247
206
372
50
356
339
98
82
E / lx
2800
4000
5000
6000
7000
339
297
238
200
375
356
240
232
382
352
333
339
200
374
360
325
302
88
79
348
327
332
303
82
67
57
53
70
55
48
40
35
27
23
20
tab. 4 Tabulka namEUených hodnot pUevodní charakteristiky expozimetru
80
Grafické výsledky
PUevodní charakteristika expozimetru
3000
200
900
350
300
800
50
700
255
t / us
600
500
400
300
200
300
0
0
3000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
E / lx
obr. 35 Grafické znázornEní pUevodní charakteristiky expzimetru
Expozimetr byl seUízen tak, aby se jeho pUevodní charakteristiky nacházely
v provozním rozsahu. ExperimentálnE byla ovEUena pUevodní charakteristika
expozimetru. Charakteristika má hyperbolický pr]bEh (proložení bod] v grafu je
provedeno pomocí funkce ve tvaru y =
k
+ q ). PUevodní charakteristika je stavitelná
x
stavovým slovem D/A pUevodníku, závislosti pro jednotlivé hodnoty stavového slova
jsou zapsány v tab. 4 a zakresleny obr. 35.
33.3 MDTENÍ PARAMETR¥ ZDROJE OSVDTLENÍ PRO MDTICÍ MÍSTO
DNO
Pro zajištEní osvEtlení mEUicího místa dna je využito
žárovkového
osvEtlovacího zdroje využitého ve stroji EXAN 06 CCD pro kontrolu zbytkové
kapaliny IR metodou.
Vzhledem k jednoduché koncepci stroje bylo pUikro7eno k využití tohoto
zdroje osvEtlení
a zdroj vyvinutý firmou CAMEA pro osvEtlení dna tedy nebyl
použit. PozdEji se ukázalo, že u snímk] nEkterých láhví, zvláštE tEch s menší
svEtelnou propustností, se objevuje uprostUed dna tmavší oblast, která u extrémnE
tmavých láhví m]že mít za následek i špatnou klasifikaci. D]vodem byl nepUíliš
vhodný zdroj osvEtlení, který negeneruje homogenní osvEtlení. PUestože by intenzita
osvEtlení generovaného svEtla mEla být na celé ploše matnice konstantní, vykazuje
závislost na souUadnicích x a y. Pokles hodnoty intenzity osvEtlení byl pUi
pozornEjším pohledu rozpoznatelný pouhým okem, pozdEjší mEUení intenzity
osvEtlení na matnici tuto domnEnku potvrdilo kvantitativnE.
obr. 36 Situa7ní ná7rt uspoUádání a významných oblastí na matnici
obr. 37 Reliéf intenzity osvEtlení v Uezu A-A
81
82
MEUení bylo provedeno orienta7nE, ode7teny byly pouze dvE hodnoty, které
však dostate7nE reprezentují vlastnosti tohoto zdroje. První hodnotou je hodnota
intenzity osvEtlení v prostorovém lokálním minimu uprostUed matnice. Oblast
s maximální hodnotou se vyskytuje pUibližnE na kružnici, jejíž stUed leží uprostUed
matnice (viz. obr. 36 a obr. 37), druhou ode7tenou hodnotou je tedy hodnota z této
oblasti (principiálnE se jedná o extrém vázaný na kružnici).
Emax = 86 klx ,
(13.9)
Emin = 69 klx .
(13.10)
V místE, kde by intenzita osvEtlení mEla být konstantní, je rozdíl mezi maximální
a minimální hodnotou
∆E = Emax − Emin = 86 ⋅ 103 − 69 ⋅ 103 = 17 klx
(13.11)
Pro potUebu dalších výpo7t] (viz stanovení mEUícího rozsahu) byla ur7ena stUední
hodnota z tEchto dvou hodnot
E=
Emax + Emin 86 ⋅ 103 + 69 ⋅ 103
=
= 77,5 klx
2
2
(13.12)
Protože zmEUené hodnoty jsou pouze orienta7ní, byla tato hodnota pro jednoduchost
zaokrouhlena na výsledných
E = 75 klx
(13.13)
S touto hodnotou je dále po7ítáno.
Problém s nehomogenitou osvEtlení byl vyUešen mírným zvýšením zesílení
pUi digitalizaci obrazu, což mElo za následek mírné pUesvEtlení obrazu až do saturace,
kdy je jasový rozdíl potla7en. Vady jsou vEtšinou nepr]hledného charakteru a mírné
pUesvEtlení proto nemá vliv na jejich detekci.
33.4 HAZARDY NA KAMEROVÉM SPOUŠTDCÍM SIGNÁLU
PUi Uešení spolehlivé sou7innosti kamery pro pohled na dno a karty
BOTCTRL musela být vyUešena závada, kdy pUi zdánlivE korektní funkci všech
systému byl do IPC pUenesen snímek o minimální hodnotE jasu ve všech bodech.
PracovnE byla závada nazvána „7erný snímek“.
Tato závada mEla náhodný charakter a byla pozorována pouze pUi instalaci
prohlíže7ky na stroji EXAN 06 CCD. V laboratorních podmínkách nebyla nikdy
zaznamenána. PozdEji byla diagnostikována jako hazard na nástupné hranE
spouštEcího signálu kamery dna.
Tato závada nebyla nikdy pozorována na kameUe pro hrdlo, protože u ní
nemusí být provádEno Uízení délky expozice a má tedy ponEkud odlišnou vstupní 7ást
pro zachycení spouštEcího signálu.
Pro pUesné zjištEní závady byl z kamery vyveden na rezervním vývodu signál
potvrzující zachycení požadavku na snímek. Ten v posloupnosti potvrzujících
impuls] chybí, pUestože posloupnost spouštEcích signál] je úplná, viz. obr. 38. PUesto
je vystaven platný videosignál je digitalizován a obraz je pUenesen do po7íta7e.
Expozi7ní doba ukon7ovaná sestupnou hranou spouštEcího signálu natolik krátká (je
získán snímek o minimální hodnotE jasu), že ani obvody v kameUe nestihnou
zaregistrovat požadavek na snímek (chybí potvrzení spouštEcího signálu). Pomocí
7asové lupy byla zjištEna i délka spouštEcího impulsu (pro daný pUípad 96 µs). Ta
byla ve všech pUípadech dostate7nE dlouhá na to, aby ho kamera byla schopna
korektnE vyhodnotit a exponovat viditelný snímek.
OdstranEní závady sestávalo z úpravy vstupní 7ásti kamery, která provádí
registraci spouštEcího signálu, až do finální podoby, viz. kapitola „11. Technické
Uešení problému sou7innosti kamery a expozimetru“.
83
obr. 38 Pr]bEhy pUi 7erném snímku, 3 – spouštEcí impulsy pro kameru,
2 – potvrzení požadavku kamerou
84
85
33.5 ZKUŠEBNÍ PROVOZ V PIVOVARU
REBEL HAVLÍ6K¥V BROD
Stroj EXAN 06 CCD s kamerovou prohlíže7kou BTCAM 612 byl testován
v rámci zkušebního provozu v pivovaru REBEL Havlí7k]v Brod. Zkušební provoz
probíhal po dobu pEti pracovních dn]. Za dobu prvních tUí dn] byly získány
statistické údaje o vyUazených láhvích. Byly sledovány 7etnosti výskytu vyUazení
láhví podle jednotlivých skupin vad. Statistické údaje byly zjiš[ovány na vzorku
13000 až 15000 láhví reprezentujícího produkci linky za pUibližnE 45 minut.
Protože provozní výkon kolísal podle situace na dopravnících od 10000 do
25000 láhví/hod, nepodaUilo se vždy pUesnE ur7it pUí7inu vyUazení. PUi kontrole dna
byla pUí7ina ur7ena podle obrazu na monitoru a podle možností byla konfrontována
fyzicky s vyUazenou láhví. PUí7ina vyUazení pro zatUídEní do skupin byla subjektivnE
odhadnuta.
Zkušební provoz probíhal v dobE, kdy ještE nebyla odstranEna závada „7erný
snímek“, proto je ve statistice vedena zvláštní skupina i pro tuto vadu.
Tabulky namEUených hodnot
Statistické údaje kontroly hrdla
1.den
2.den
celkem lahví
15000
14600
celkem vyUazeno
nezjištEno
nezjištEno
celkem vyUazeno v %
0,9 %
0,47 %
vyUazeno velký výštip
24
12
stUední až menší výštip
18
9
na hranici zda vyUadit 7i ne
13
5
opotUebené - po[ukané
9
10
špatnE umyté s bílým povlakem
5
8
smetí (papírek a pod.)
0
3
mimo smy7ky
0
1
šev na hrdle apod. výr. vady
0
1
zbyte7nE malé vady
18
11
chybná klasifikace - prošlo s velkým
cca 20
cca 15
výštipem
tab. 5
3.den
13000
nezjištEno
0,28 %
nezjištEno
nezjištEno
nezjištEno
nezjištEno
nezjištEno
nezjištEno
nezjištEno
nezjištEno
nezjištEno
cca 20
Statistické údaje kontroly dna
1.den
Po7et lahví celkem
15015
VyUazeno celkem
126
VyUazeno celkem v %
0,83
Velké vady na dnE – ne7istoty, etiketa,
72
zcela rozbité dno lahve
NezjištEno
Zbytky pEny
4
Vada skla - odUené dno, šmouhy 7i
tmavý stUed, špatnE vylisované dno
6
(tenká kružnice na dnE)
Nezaregistrováno
12
tmavá 7ást okraje dna
13
Závada „7erný snímek“
7
žádný zUejmý d]vod pro vyUazení
3
86
2.den
14600
160
1,1
81
2
3
3.den
cca 12000
106
0,9
37
2
3
8
3
20
20
19
4
28
12
16
2
tab. 6
PUi zkušebním provozu na reálné lince v pivovaru REBEL Havlí7k]v Brod
byla odzkoušena dlouhodobá spolehlivost a stabilita jak softwarové tak hardwarové
7ásti. Byly pozorována závada „7erný snímek“, která je pro funkci prohlíže7ky
kritická a pozdEji musela být odstranEna.
ZároveO byla odzkoušena i spolehlivost vyhodnocení klasifika7ních
algoritm]. U hrdla byla pozorována chybná klasifikace (minutí cíle) – do dalšího
výrobního procesu pronikaly velké výštipky, které se na snímku hrdla jevily jako
tmavá oblast (pracovní název „7erné výštipky“). U dna byla pozorována rovnEž
chybná klasifikace (falešná detekce) – byly vyUazovány nezávadné láhve
s nerovnomErnE nalitým dnem projevujícím se ve snímku tmavou oblastí na okraji
láhve. Tyto falešné detekce pUedstavují pUibližnE 25 % z celkového po7tu vyUazených
láhví. Obsluha linky mEla velké výhrady k chybným detekcím a nastavení parametr]
klasifika7ních algoritm] bylo ohodnoceno jako pUíliš pUísné.
Poznatky z tohoto zkušebního provozu a získané vzorky láhví byly pozdEji
použity pUi návrhu zmEn algoritm] detekce vad na hrdle, aby byly detekovány
i „7erné výštipky“, a na dnE, aby byl snížen po7et falešných detekcí u láhví
s nerovnomErnE nalitým dnem.
PUísnost nastavení parametr] klasifikace byla pozdEji pUi zkouškách na
zkušebnE v NATE zmírnEna.
34. ZÁVDR
Cílem této práce bylo vyUešit otázku sou7innosti kamerové prohlíže7ky se
strojem. Bylo tedy nutné navrhnout a odzkoušet komunika7ní protokol, vyUešit
otázku kontroly láhví s r]znou barvou a tedy odlišným koeficientem propustnosti,
odladit všechny nastalé chyby a uvést stroj s touto prohlíže7kou úspEšnE do provozu.
Komunika7ní protokol byl navrhnut pro potUeby stroje EXAN 06 CCD
s pUihlédnutím k funkci Uídicího programu prohlíže7ky. Do nEj byla tato komunikace
nakonec zabudována a úspEšnE odzkoušena jak na zkušebním okruhu firmy NATE,
tak i v reálném provozu – v pivovaru REBEL.
Otázku odlišné barvy kontrolovaných láhví Ueší expozimetr a kamera
pracující v režimu s promEnnou délkou expozice. Jejich sou7innost musela být
podrobena dlouhodobEjšímu zkoumání, protože právE mezi expozimetrem a kamerou
docházelo k vzniku závažné chyby neexponovaného obrazu. Vzhledek náhodnému
charakteru této chyby a její omezenosti pouze na pr]myslové provozy bylo hledání
pUí7iny ponEkud obtížnEjší. O tom svEd7í i fakt, že se chybu nepodaUilo odstranit ani
do naplánovaného zkušebního provozu v pivovaru REBEL. Její pUí7ina byla pozdEji
diagnostikována a byly u7inEny zásahy do obvodového zapojení tak, aby byla
spolehlivE eliminována.
Tízení osvEtlení hrdel bylo vyUešeno zvláštním zapojením kamery. Kamera
vydává spouštEcí impuls, karta BOTCTRL provede pouze samotný záblesk. Je tak
umožOena nezávislost zapojení Uídicí karty na požadavcích mEUicích úloh, kamera je
potom naprogramovaná individuálnE podle úlohy.
NeménE d]ležitou 7ástí diplomové práce bylo seUízení stroje tak, aby
vykonával požadovanou funkci, tj. spolehlivE klasifikoval. PUedpokladem pro
nasazení metod po7íta7ového vidEní je ale kvalitní snímek. Proto byl po shrnutí
poznatk] ze zkoušek a zkušebních provoz] navržen postup, který má unifikovat
zadávání jednotlivých parametr] a[ už se vztahují k hardwarové 7ásti nebo se jedná
o 7istE softwarové konstanty. Tento postup byl pozdEji s úspEchem použit pUi
instalaci prohlíže7ky na další dva stroje.
87
Zkoušky a zkušební provoz potvrdily funk7nost stroje a sou7innost
jednotlivých subsystém]. PUestože zkušební provoz v pivovaru REBEL poukázal na
nEkteré nedostatky, lze ho hodnotit jednozna7nE pozitivnE. Byl to první zkušební
provoz na reálné lince (nikoliv na umEle vytvoUeném okruhu) a zákonitE tedy byly
objeveny odlišnosti mezi modelem linky (okruh v NATE) a realitou. Nedostatky
byly pozdEji odstranEny a prohlíže7ka je tedy plnE pUipravena pro trvalé nasazení do
provozu.
88
SEZNAM PPTÍLOH
Postupy
PUíloha A - Postup pUi optickém a metrologickém seUízení prohlíže7ky BTCAM 612.
Výkresová dokumentace
PUíloha B – Výkresová dokumentace karty BOTCTRL sestávající z výkres]:
– Analogová 7ást
– Digitální 7ást
– BOTCTRL – hlavní schéma vnitUního zapojení hradlového pole MAIN 1032
– EXP_CTRL – blok Uízení expozice
– GEN_SO – generátor spouštEcího impulsu
– DEKODER – dekodér bázové adresy - hlavní schéma vnitUního zapojení
hradlového pole ADRES 1016
PUíloha C – VnitUní zapojení hradlového pole kamery pro hrdlo.
PUíloha D – VnitUní zapojení hradlového pole kamery pro dno.
Ostatní
PUíloha E – Specifikace významu port] karty BOTCTRL pUi zápisu a pUi 7tení.
PUíloha F – Popis propojovacích kabel] a konektor].
PUíloha G – Specifikace vypisovaných hlášení v mEUicím režimu.
Obsah elektronické pUílohy (CD média)
PUiložené CD obsahuje
- soubor komentar.txt, ve kterém je popsán obsah CD,
- zdrojový tvar úplné technické zprávy ve formátu doc (vytvoUeno pomocí MS
Word 97) a pro úplnou pUenositelnost navíc ve formátu pdf,
- zdrojové texty modul] využívaných pUi komunikaci s nadUazeným systémem
(soubory jsou podrobnE okomentovány)
89
AdresáUová struktura na pUiloženém CD (vlevo adresáUový strom, vpravo vysvEtlení),
„-“ znamená rozbalený strom, „+“ znamená nerozbalený strom:
- doc
soubory ve formátu .doc
- uvod
úvodní 7ást diplomové práce
prvni.doc
první strana
podekov.doc
podEkování
prohlas.doc
prohlášení
- hlavni
hlavní text
diplom.doc
hlavní text diplomové práce
- prilohy
pUílohy diplomové práce
pr_a.doc
pUíloha A
pr_b1.doc
pUíloha B, str. 1
pr_b2.doc
pUíloha B, str. 2
pr_b3.doc
pUíloha B, str. 3
pr_b41.doc
pUíloha B, str. 4, 7ást 1
pr_b42.doc
pUíloha B, str. 4, 7ást 2
pr_b5.doc
pUíloha B, str. 5
pr_c.doc
pUíloha C
pr_d.doc
pUíloha D
pr_e.doc
pUíloha E
pr_f.doc
pUíloha F
pr_g.doc
pUíloha G
+ pdf
obsahuje výše zmínEné texty ve formátu
pdf, struktura je obdobná jako v adresáUi
doc
- Zdroje
zdrojové texty SW 7ásti komunikace
linlib.cpp, linlib.h
knihovna funkcí pro práci s kartou
BOTCTRL
kerproc.cpp, kerproc.h,
procedury vykonávající 7innosti, která
vyplývají z komunikace
kercom.cpp, kercom.h, kercom.lng ošetUení komunikace
komentar.txt
soubor s popisem obsahu CD
90
LITERATURA
[1]
6eška M., Moty7ková L., Hruška T.: Vy7íslitelnost a složitost, VUT Brno,
Brno, 1992
[2]
Šnorek M., Richta K.: PUipojování periferií k PC, GRADA Publishing, Praha,
1996, ISBN 80-7169-146-1
[3]
Louis D., Mejzlík P., Virius M.: Jazyky C a C++ podle normy ANSI/ISO,
GRADA Publishing, Praha, 1999, ISBN 80-7169-631-5
[4]
Honec J., Valenta P., Richter M.: Programable CCD Camera, Technical
University of Brno, Brno
[5]
Norma 6SN 70 3120 Láhev na pivo (tvar Euro)
[6]
Norma 6SN 70 3001 Ústí lahví na korunkový uzávEr
[7]
Honec J., Honec P., Petyovský P., Valach S., Brambor J.: Transparent
materials optical inspection methods, Technical University of Brno, Brno, 2001
91
POSTUP PTI OPTICKÉM A METROLOGICKÉM
SETÍZENÍ PROHLÍŽE6KY BTCAM 632
1.1
OPTICKÉ NASTAVENÍ
Pro pohled na hrdlo i pro pohled na dno je popsán kompletní postup pUi seUízení stroje,
sestávající z:
• nastavení pohledu,
• zaostUení obrazu,
• nastavení clony,
• seUízení jasu snímku.
Body „ZaostUení obrazu“ a „Nastavení clony“ se provádí pUi seUízení stroje pouze jednou (pUi
továrním seUízení) a jsou totožné pro všechny druhy láhví. PUi jakémkoliv dalším seUízení
v provozu se již nevykonávají (objektiv kamery je zafixován). Celý postup seUízení v provozu
je pak omezen na:
• nastavení pohledu a
• seUízení jasu snímku.
Samotné nastavení clony úzce souvisí se seUízením jasu snímku popisovaném dále. Nastavení
clony má však charakter globálního pUednastavení svEtelných podmínek pro všechny druhy
láhví, zatímco seUízení jasu snímku pomocí parametr] programu má charakter specifického
nastavení svEtelných podmínek pro každý jednotlivý druh láhve. Tímto zp]sobem
jsou korigovány individuální svEtelné podmínky každého typu láhve tak, aby byl získán
snímek co nejvíce podobný normalizovanému snímku.
PUi seUízení jasu obrazu z kamery je využito dvou digitaliza7ních parametr], zisku
(„
“) a offsetu („
“). Jejich obsluha je zakomponována v Uídícím programu, kde
jsou nastavovány pouze hodnoty stavových slov v rozsahu 0-255, ObdobnE je nastavována
i konstanta expozimetru („
“), jejíž hardwarová obsluha byla zakomponována do
karty BOTCTRL.
Pro seUízení je využito histogram] obrázk], jejichž normalizovaný tvar a specifické hodnoty
byly standardizovány a je na nE dále odkazováno, je proto vhodné podotknout, jakou zmEnu
tvaru histogramu zp]sobí zmEna zesílení 7i ofsetu. ZmEna offsetu odpovídá posunu
histogramu ve vodorovném smEru, zmEna zesílení odpovídá zmEnE mEUítka ve vodorovném
smEru.
PUíloha A
strana A.3
Histogram snímku je automaticky zobrazován v každé položce hlavního menu „Video“
(„
“) nebo ho lze zjistit v položce menu „Histogram“ („
“). Zelenými
vertikálními 7arami jsou v histogramech zobrazeny oblasti optimálního výskytu celého
histogramu, popU. jeho definované 7ásti. Je tak umožnEno komfortnEji nastavovat offset
a gain. Jasové úrovnE lze zjistit v položce menu „Grafy“ („
“).
1.1.1 Popis objektivu
Použitý objektiv PENTAX 32 mm sestává ze dvou nastavovacích prvk]:
-
nastavovací prvek pro zaostUení,
-
nastavovací prvek pro nastavení clony.
V dalším textu na nE bude odkázáno. Jejich umístEní zUejmé z následujícího obrázku:
Nastavovací prvek pro
nastavení clony
Distan7ní kroužek
mezi kamerou a objektivem
Kamera
MODICAM 632
Nastavovací prvek
pro zaostUení
Šroub fixující
distan7ní kroužek
obr. A.1 Ná7rt objektivu PENTAX na kameUe MODICAM 612
Polohu distan7ního kroužku je možné mEnit (lze ho po povolení dvou šroubk] v tElese
kamery vyšroubovat). V pUípadE, že obraz nelze pomocí objektivu zaostUit, je potUeba zmEnit
právE polohu distan7ního kroužku.
1.1.2 Nastavení parametr] snímání a digitalizace
Pojmem parametry digitalizace se rozumí zisk a offset kamery, parametrem snímání se
rozumí konstanta expozimetru (pUichází v úvahu pouze pro kameru pohledu dna). Postup pUi
nastavení parametr] digitalizace je pro oba pohledy (hrdlo i dno) stejný.
ZmEna všech tEchto parametr] se nejlépe provádí (pro pUíslušný pohled) v režimu
kontinuálního snímání kamery v položce menu „Video/Aktuální video“ („
/
“). AktuálnE nastavené hodnoty tEchto parametr] jsou zobrazovány ve stavovém Uádku.
PUíloha A
strana A.2
+ / - zmEna zesílení
+ / - zmEna offsetu
+ / - zmEna konstanty
expozimetru
a)
b)
obr. A.2 Menu pro seUízení parametr] snímání a digitalizace a) pro pohled na hrdlo
b) tla7ítka pro pohled na dno
a)
b)
obr. A.3 Zobrazení hodnot parametr] ve stavovém Uádku a) pro pohled na hrdlo
b) pro pohled na dno
1.1.3 Mechanické seUízení pohled]
Mechanickým seUízením stroje je nutné nastavit pohled na láhev tak, aby s pUíchodem taktu
bylo hrdlo nebo dno láhve na snímku vždy pUibližnE uprostUed, viz následující obrázek.
Odraz svEtla ode dna
a)
b)
obr. A.4 Snímek typického umístEní láhve na snímku a) hrdla, b) dna
PUíloha A
strana A.3
1.1.4 Hrdlo - optické nastavení
ZaostUení obrazu
ZaostUení obrazu se provádí otá7ením nastavovacího prvku pro zaostUení, který se nachází na
objektivu kamery, následujícím zp]sobem:
•
nejdUíve zaostUit na dno láhve, které je viditelné skrze hrdlo (resp. na odraz svEtla od dna,
který se jeví na jinak tmavém dnE jako svEtlá oblast tvaru mezikruží – viz.obr. A.4),
•
kroužkem na objektivu kamery postupnE mEnit ohniskovou vzdálenost objektivu
a zaostUovat tak na hrdlo. Jakmile je hrdlo na obrázku výraznE ostré, ještE trochu pooto7it
kroužkem ve stejném smEru tak, aby bylo hrdlo velmi mírnE rozmazané.
Tímto postupem je dosaženo toho, že je zaostUeno na hrdlo z vnEjší strany láhve. Mírné
rozmazání hrdla má pozitivní ú7inek pUi potla7ení rušivých vliv] pUi detekci vad na hrdle.
Nastavení clony
Má charakter globálního pUednastavení pro všechny typy láhví. Provádí se otá7ením
nastavovacího prvku na objektivu kamery následujícím zp]sobem:
•
PUed kameru umístit typickou láhev, která bude strojem kontrolována (napU. NRW 0,5).
•
Nastavit parametry digitalizace na po7áte7ní hodnoty, Gain = 399, Offset =326,
•
Nastavení clony upravit tak, aby histogram snímku odpovídal normalizovanému
histogramu a jasové úrovnE byly ve výsledném snímku hrdla v rozsahu jasových úrovní
normalizovaného snímku hrdla, viz. obr. obr. A. 5 a obr. A. 7.
SeUízení jasu snímku hrdla
Toto nastavení je specifické pro každou láhev. Nastavení jasu pro pohled na hrdlo ovlivOují
dva parametry digitalizace, zesílení a offset. Postup pUi seUízení je následující:
•
Nastavit parametry digitalizace na po7áte7ní hodnoty, Gain = 399, Offset = 326.
•
Nastavit offset tak, aby histogram snímku odpovídal normalizovanému histogramu
snímku hrdla, viz. obr. A. 5 a obr. A. 6.
Oblast ideálního výskytu
histogramu je vyzna7ena
zelenými vertikálními
7arami
obr. A. 5 Normalizovaný histogram snímku hrdla
PUíloha A
strana A.4
Druhé maximum
První maximum
7etnost
Druhé maximum
v okolí úrovnE 64
Druhé maximum
m]že mírnE splývat
32
0
64
96
328
úroveO jasu
3/4
3/2
3/3
obr. A. 6 Ná7rt hodnot v normalizovaném histogramu snímku hrdla
•
Nalézt mezi láhvemi láhev podobnou normalizovanému snímku, která má na hrdle dva
šedé kruhové proužky, jeden blíže stUedu, druhý dále od stUedu a mezi nimi tmavou oblast.
Nastavit zesílení tak, aby jasové úrovnE ve výsledném snímku hrdla byly v rozsahu
jasových úrovní normalizovaného snímku hrdla, viz. obr. A. 7.
a)
Odraz svEtla na dnE,
tzv. „prstýnek“
6erná oblast na dnE
40 - 45
Tmavá oblast na
hrdle, 46 - 55
Šedá oblast na hrdle
320 - 350
b)
obr. A. 7 a) normalizovaný snímek hrdla láhve, b) ná7rt jeho ekvivalentních jasových úrovní
PUíloha A
strana A.5
•
ZmEna jednoho parametru mírnE ovlivOuje nastavení druhého parametru a naopak. Proto
je pUi seUizování jasu na normalizovaný snímek a normalizovaný histogram nutné
pr]bEžnE kontrolovat správnost pUedchozích nastavení.
•
Odzkoušet správnost nastavení na více láhvích stejného typu.
1.1.5 Dno - optické nastavení
ZaostUení obrazu
Provádí se otá7ením pUíslušného nastavovacího prvku na objektivu kamery následujícím
zp]sobem:
•
ZaostUit co nejlépe na prostor dna. Vhozené nepr]hledné vady (napU. kruhová podložka)
musí mít na obrázku co nejvýraznEjší, ostré hrany – viz. obr. A.4a.
Nastavení clony
Nastavení clony má charakter globálního pUednastavení pro všechny druhy láhví. Provádí se
otá7ením pUíslušného nastavovacího prvku na objektivu kamery následujícím zp]sobem:
•
PUed kameru umístit typickou láhev (napU. NRW 0,5), která bude kontrolována.
•
NejdUíve nastavit po7áte7ní hodnoty, Gain = 88, Offset = 354, Exposim = 220.
•
Nastavení clony upravit tak, aby histogram snímku odpovídal normalizovanému
histogramu dna a jasové úrovnE byly ve výsledném snímku dna v rozsahu jasových úrovní
normalizovaného snímku dna, viz. obr. A.8 a obr. A.9 v následujícím bodu.
SeUízení jasu snímku
PUednastavením svEtelných podmínek pomocí clony bylo dosaženo jednotného nastavení pro
všechny láhve. Následující postup koriguje individuální svEtelné podmínky každého typu
láhve tak, aby bylo dosaženo normalizovaného snímku.
Nastavení jasu pro pohled na dno ovlivOují tUi parametry. Dva jsou parametry
digitalizace, zesílení a offset. TUetí parametr je konstanta expozimetru, která ovlivOuje Uízení
expozice kamery nastavením referen7ní kompara7ní úrovnE expozimetru.
V histogramu je zelenými vertikálními 7arami zobrazena oblast optimálního výskytu
za7átku histogramu. DvE osamocené zelené vertikální 7áry u úrovnE 300 vyzna7ují oblast
výskytu celého histogramu pro tzv. „7erný snímek“, viz. obr. A.30.
Postup pUi nastavení je následující:
•
Nastavit po7áte7ní hodnoty (po7áte7ní nastavení pro tmavE hnEdé láhve): Gain = 88,
Offset = 354, Exposim = 220.
PUíloha A
strana A.6
•
Nastavit konstantu expozimetru na takovou hodnotu, aby histogram obrázku vykazoval
normalizovaný tvar. V histogramu je d]ležitý za7átek výskytu hodnot. IdeálnE by mEl
za7ínat na vymezené zna7ce „Za7átek histogramu“ (pod hodnotou 64), ale vzhledem
k r]zné svEtelné propustnosti láhví je tolerováno okolí výskytu tohoto za7átku, viz zelené
vertikální 7áry v histogramu, popU. ná7rt normalizovaného histogramu na obr. A.8. Tvar
histogramu není informativní. Typická hodnota konstanty expozimetru na hnEdých
lahvích NRW 0,5 je 220 ± 5.
Za7átek histogramu
pod úrovní 64
Oblast ideálního výskytu
za7átku histogramu je
vyzna7ena zelenými
vertikálními 7arami
obr. A.8 Normalizovaný histogram snímku dna
Dovolené okolí pro
za7átek histogramu
7etnost
Za7átek histogramu
Tvar histogramu
není informativní
0
32
64
96
328
úroveO jasu
obr. A.9 Ná7rt normalizovaného histogramu snímku dna
•
Zakrýt láhev ví7kem tak, aby se na obrázku zobrazil tzv. „7erný snímek“.
obr. A.10 Obrázek dna s ví7kem na hrdle, tzv. „7erný snímek“
PUíloha A
strana A.7
•
ZmEnou offsetu upravit snímaný obraz tak, aby úroveO jasu na celé ploše "7erného
snímku" byla pomErnE pUesnE nastavená v rozmezí 98 až 302, viz. obr. A.33.
Celý obrázek má jasové úrovnE
v rozmezí 98 – 302, v oblasti
vyzna7ené dvEma zelenými
vertikálními 7arami
obr. A.11 Normalizovaný histogram "7erného snímku" dna
•
ZmEnou hodnoty zesílení docílit toho, aby jasové úrovnE snímku odpovídaly hodnotám
v ekvivalentním ná7rtu jasových úrovní na obr. A.32. UprostUed láhve by mEla být oblast o
vysoké hodnotE jasu, 255. Tmavé okraje v rozích snímku by mEly mít v testovaných
pozicích hodnotu jasu cca 72 - 96. Nepr]hledný materiál (kruhová podložka) by mEla mít
hodnotu jasu cca 67 - 73.
a)
Nepr]hledná
podložka 67 - 73
72 - 96
255
Vroubky by mEly
7áste7nE zanikat
b)
obr. A.12 a) Normalizovaný snímek dna láhve, b) ná7rt jeho ekvivalentních jasových úrovní
PUíloha A
strana A.8
•
V pUedchozích bodech byly nastaveny parametry Gain, Offset, Exposim. ZmEna jednoho
z parametr] ovlivOuje nastavení histogram] snímk] (snímku dna i "7erného snímku")
pomocí zbývajících parametr]. Proto je pUi seUizování na normalizované snímky nutné
pr]bEžnE upravovat i nastavení ostatních parametr].
•
Vyzkoušet nastavení na vEtším množství láhví, v7etnE extrémnE svEtlé a extrémnE tmavé.
Expozimetr by mEl regulovat tak, aby za7átek histogramu byl i pro extrémnE svEtlou i pro
extrémnE tmavou láhev v dovoleném okolí. Jasové úrovnE by mEly odpovídat
tolerovanému rozsahu i na více láhvích. ZUejmE se nepodaUí docílit ideálního nastavení pro
všechny láhve s r]znou svEtelnou propustností. Je potUeba zvolit kompromis, který se co
nejvíce blíží na pr]mErné láhvi normalizovanému tvaru snímku.
PUíloha A
strana A.9
1.2
METROLOGICKÉ SETÍZENÍ
Metrologickým seUízením se rozumí nastavení parametr] klasifika7ních algoritm]
takovým zp]sobem, aby mohly vykonávat spolehlivou detekci vad. Metrologické seUízení
sestává pro každý pohled z následujících 7inností:
-
kalibrace rozmEr],
-
nastavení detek7ních oblastí v obraze (tzv. smy7ek),
-
nastavení hodnot promEnných pro algoritmus.
Poslední bod je nutné vykonávat iterativním zp]sobem, pUi nedostate7né detek7ní schopnosti
algoritm] je potUeba zvýšit citlivost pUíslušných metod, pUi pUíliš pUísné kontrole tuto citlivost
naopak snížit.
1.2.1 Stru7ný popis funkce algoritm]
Klasifika7ní algoritmy Hrdlo
Láhve nejsou pod kamerou pro pohled na hrdlo uchyceny v pevné pozici. Poloha hrdla
na snímku není pevná a mEní se podle v]le, se kterou se mohou pohybovat do stran kolmých
na smEr chodu láhví. Proto je implementován algoritmus, který hledá hrdlo. Algoritmus má
dvE 7ásti, nejdUíve je umístEní hrdla láhve na obrázku hrubE nalezeno z vnEjšku, poté je pUesnE
dohledáno zevnitU.
Charakter globální citlivosti mají dva parametry, citlivost na úlomek a citlivost na
výštipek. Vada „Bílá“ je spjata s citlivostí na výštipek. ZmEnou tEchto parametr] je tedy
možné v pUípadE potUeby rychle globálnE upravit chování celé metody klasifikace hrdla. Tato
funkce m]že být použita, pokud je potUeba globálnE zpUísnit, popU. zmírnit klasifikaci láhví.
U hrdla láhví jsou detekovány tyto vady:
-
Úlomek (
)
-
Výštipek (
)
-
Bílá (
Parametry jsou
)
pro
„Settings/Parameters“ („
každou
vadu
specifické
/
a
nastavují
se
v
položce
menu
“). Detekci vady lze v téže položce menu
vypnout.
PUíloha A
strana A.30
Klasifika7ní algoritmy Dno
Láhve jsou pod kamerou pro pohled na dno uchyceny v pevné pozici v karuselu. Proto
je, na rozdíl od pohledu na hrdlo, zaru7ena pUesná pozice dna na obrázku. Pro snímek dna
tedy odpadají algoritmy hledání a smy7ky vymezující kontrolované oblasti jsou v obrázku
nastaveny na pevnou pozici.
Pro dno jsou nastaveny dvE oblasti kontroly:
-
vnitUní oblast dna,
-
okrajová oblast dna, kde je z vnEjší strany láhev vroubkovaná (tzv. „vroubky“).
Tyto oblasti mají specifické optické vlastnosti a proto v nich kontrola probíhá oddElenE –
použity jsou odlišné algoritmy.
Parametrem, který má charakter globální citlivosti, je možné upravit chování
klasifika7ní metody. Tyto parametry jsou dva, jeden pro každou oblast. Této funkce m]že být
využito, stejnE jako u hrdla, pokud je potUeba globálnE zpUísnit, popU. zmírnit klasifikaci láhví.
Detekci vad lze vypnout.
Detekované vady jsou:
-
Smetí uvnitU (
)
-
Smetí na okraji (
)
-
Velká chyba (
)
PUi klasifikaci vad jsou použity dva pomocné výpo7etní postupy:
-
Tlusté sklo (T、
-
Nápisy na dnE (
),
).
První vylepšuje 7innost algoritm] pUi klasifikaci na láhvích, které mají nerovnomErnE nalité
dno projevující se na jedné stranE prohledávané oblasti výraznE nižší, na druhé stranE výraznE
vyšší hodnotou jasu oproti rovnomErnE nalitému dnu.
Druhý postup je ur7en pro klasifikaci vad na láhvích s reliéfními nápisy na dnE. UmožOuje
vEtší variabilitu pUi nastavování parametr] a tedy i vEtší variabilitu výpo7etních operací na
takových láhvích.
PUíloha A
strana A.33
1.2.2 Kalibrace rozmEr]
Pro kalibraci hrdla je nejdUíve nutné získat aktuální snímek ze
„Video/Aktuální Video/Grab“ – „
/
stroje (napU.
/Grab“). Kalibrace se provádí
v položce menu „Nastavení/MEUení mm“ („
/
»).
Postup pUi kalibraci
Tla7ítko pro zadávání
mEUících / kalibra7ních
bod]
Tla7ítko pro kalibraci
Okno pro zobrazení
výsledk] mEUení a kalibrace
obr. A.13
Obrazovka pUed zadáním prvního bodu
Postup pUi kalibraci je následující:
•
Nápis na tla7ítku „3. Bod“ („3.
“) informuje, že je možné zadat první mEUící bod
v obrázku (viz. obr. A.33). Tento bod se zadává stiskem levého tla7ítka myši na pozici
prvního mEUeného bodu v obrázku.
•
Poté se nápis na tla7ítku tla7ítka se zmEní na „2. Bod“ („2.
“) a je možné stejným
zp]sobem zadat druhý mEUicí bod.
•
Po zadání druhého bodu se v oknE „MEUení“ („
“) zobrazí aktuálnE nastavený
kalibra7ní pomEr (napU. „3 pix = 6.79 mm“) a hodnota skute7né vzdálenosti, která
odpovídá vzdálenosti mezi body v obrázku po pUepo7tu na milimetry. Nápis tla7ítka se
opEt zmEní na „3. Bod“ a je možné znovu mEUit vzdálenost. ZpUístupní se tla7ítko
„Kalibrace“ („
•
“).
Pokud po skon7ení mEUení vzdálenosti následuje stisk tla7ítka „Kalibrace“, zobrazí se
dialogový box, do kterého je možné zadat skute7nou vzdálenost na láhvi mezi zadanými
body v obraze (viz. obr. A.34). PomEr je automaticky pUepo7ten a dalším zadáním prvního
a druhého bodu je možné tuto vzdálenost ovEUit.
PUíloha A
strana A.32
Kalibra7ní body
AktuálnE zadaný
kalibra7ní pomEr
Dialogový box pro zadání
skute7né vzdálenosti
Skute7ná vzdálenost
odpovídající vzdálenosti
zmEUené v obraze pUi
aktuálním kalibra7ním
pomEru
obr. A.14 Obrazovka po zadání obou kalibra7ních bod]
a stisku tla7ítka „Kalibrace“ (
)
Kalibrace rozmEru hrdla láhve
•
Doporu7ené kalibra7ní body jsou body vnitUního pr]mEru, které lze v obraze spolehlivE
rozpoznat. MEUeným rozmErem je vnitUní pr]mEr.
Kalibra7ní body
Hrdlo láhve
na snímku
VnitUní
pr]mEr
obr. A.15
•
Ná7rt umístEní doporu7ených kalibra7ních bod]
Po stisku tla7ítka „Kalibrace“ je zobrazen dialogový box, do kterého je možné zadat
aktuálnE zmEUenou vzdálenost mezi zadanými body na skute7né láhvi. PomEr je
automaticky pUepo7ten a dalším zadáním prvního a druhého bodu je možné tuto
vzdálenost zkontrolovat.
PUíloha A
strana A.33
•
NáslednE je nutné uložit zmEnu kalibra7ního pomEru do konfigura7ního souboru pomocí
volby „Save Config“ („
“) v hlavním menu.
Kalibrace rozmEru dna láhve
•
Pro kalibraci dna je nejdUíve nutné vytvoUit kalibra7ní láhev. Tu je možné vytvoUit
napU. tak, že pUí7nE pUes dno na vnEjší stranE láhve vytvoUíme lihovým fixem cca 4 až 5
rysek vzdálených od sebe 30 mm.
•
Poté je potUeba zístat snímek dna této láhve, napU. V menu „Video/Aktuální Video/Grab“
(„
•
/
/Grab“).
Kalibra7ní body jsou v pUípadE dna rysky, nakreslené na dnE. Ty lze jednoduše ztotožnit
s ryskami na snímku láhve. Z d]vodu zvýšení pUesnosti je mEUena vzdálenost mezi
nejvzdálenEjšími ryskami.
•
NáslednE je nutné uložit zmEnu kalibra7ního pomEru do konfigura7ního souboru pomocí
volby „Save Config“ („
“) v hlavním menu.
Kalibra7ní body
MEUená
vzdálenost
obr. A.16 Obrázek dna láhve s kalibra7ními ryskami
PUíloha A
strana A.34
1.2.3 Nastavení detek7ních oblastí - smy7ek
Popis menu pro zadávání smy7ek
Nastavení
(„
/
smy7ek
je
provádEno
v
položce
menu
„Nastavení/Smy7ky“
“). V dalším je popsán postup, jak posunout, zmenšit popU. zvEtšit
smy7ku. Specifika toho, jak zadávat jednotlivé smy7ky pro pohled na hrdlo a na dno jsou
popsány dále.
ZnázornEní smy7ek
v obrázku
Barevné ozna7ení
jednotlivých smy7ek
Podnabídky pro
dostupné smy7ky
v aktuálním pohledu
obr. A. 17 Obrazovka v položce menu „Nastavení / Smy7ky“
NEkteré smy7ky opisují kruhovité oblasti. Pro jednotný zp]sob zadávání všech
smy7ek je taková smy7ka 7tvercová, pro názornou vizuální prezentaci vlastnosti kruhovitosti
je do ní vepsána zadávaná kružnice. U takovýchto smy7ek je navíc zmEna velikosti
programem automaticky ošetUena jako proporcionální.
6tvercové smy7ky pro aktuální pohled jsou zároveO i soustUedné (opisují soustUedné
oblasti) a jsou proto navzájem svázány svým spole7ným stUedem. ZmEna polohy stUedu jedné
smy7ky (bu@ zmEnou polohy nebo rozmEru smy7ky) má pak za následek pUepo7ítání polohy
druhé smy7ky.
Pro každou smy7ku jsou ve stavovém Uádku zobrazeny 7íselné informace o smy7ce.
U soustUedných smy7ek je nejdUíve vypsána informace o tom, kolik procent z rozmEru vnEjší
smy7ky daná smy7ka zaujímá (tedy vnEjší = 300 %, vnitUní úmErnE ménE). U obecné
obdélníkové smy7ky je vypsán její rozmEr v ose x a v ose y, u 7tvercových smy7ek je to
pouze délka strany 7tverce. Za tEmito údaji následuje pozice všech 7tyU rohových bod]
v obrázku v ose x a v ose y.
PUíloha A
strana A.35
Stiskem tla7ítka zadávané smy7ky je zobrazena podnabídka a do aktivního obrázku se
vykreslí pouze zadávaná smy7ka svEtle zelenou barvou:
Horní hrana smy7ky
ZmEna vertikálního
rozmEru
ZmEna
horizontálního
rozmEru
Levá hrana smy7ky
Posun celé smy7ky
obr. A. 18 Obrazovka pUi zmEnE polohy a rozmEru smy7ky
Nastavení smy7ek pro hrdlo
•
Smy7ka 0 (
0) vymezuje prohledávanou oblast, tzn. musí pokrývat všechny možné
výskyty hrdla láhve.
•
Smy7ka 3 (
3) ur7uje vnEjší polomEr hrdla, záleží tedy pouze na rozmErech této
smy7ky, nikoliv na jejím umístEní v obrázku. MEla by opisovat zevnitU vnEjší hranu hrdla
láhve.
Smy7ka 0
Hrdlo láhve
na snímku
Smy7ka 3
Hrdlo láhve se m]že
pohybovat
Smy7ka 2
obr. A. 19 Vzájemná poloha smy7ek pUi hledání hrdla láhve
•
Smy7ka 2 (
2) ur7uje vnitUní polomEr hrdla, záleží pouze na rozmErech této
smy7ky. MEla by opisovat vnitUní hranu hrdla.
•
Smy7ky 7. 3 a 2 jsou soustUedné a 7tvercové.
PUíloha A
strana A.36
•
Je nutné ovEUit, zda pUi hledání láhve z vnEjší strany smy7ka 0 opravdu opisuje všechna
hrdla láhví pUi jejich pohybu do stran. NapU. v menu „Video/Aktuální Video“
(„
/
“).
Nastavení smy7ek pro dno
Pro snímek dna je potUeba nastavit
dvE smy7ky, které vymezují na dnE oblast vnitUní
a okrajovou.
•
Smy7ka 0 (
0), vnitUní smy7ka, opisuje vnitUní oblast dna, k vroubk]m má
dostate7nou prostorovou rezervu takovou, aby do nich nezasahovala ani na vzorku více
láhví s r]znou velikostí a tvarem vroubk].
•
Smy7ka 3 (
3), vnEjší smy7ka, opisuje na rozhraní dna a stEny celé dno láhve.
Kružnice vepsaná do vnitUní 7tvercové smy7ky ur7uje oblast vnitUního dna, oblast mezikruží
mezi kružnicemi vepsanými do vnitUní a vnEjší smy7ky ur7uje oblast vroubk].
Smy7ka 0
Smy7ka 3
obr. A.20 Nastavení smy7ek pro dno
PUíloha A
strana A.37
1.2.4 Nastavení parametr] klasifika7ních algoritm]
Popis menu pro nastavování parametr]
Následující popis se vztahuje k parametr]m pro hrdlo, princip ovládání je v pohledu na dno je
analogický. Parametry jsou rozdEleny do skupin. Skupiny charakterizují bu@ vadu nebo
algoritmus, jehož chování lze parametry patUícími do této skupiny mEnit. Nastavování
parametr] pro vyhodnocovací algoritmy hrdla se provádí v menu „Nastavení/Parametry“
(„
Skupiny
parametr]
/
“).
Aktivace jednotlivých
skupin parametr]
Parametry
VýbEr dalšího
parametru
obr. A.21 Obrazovka pUi zadávání parametr]
Název skupiny
„x“ = skupina je
aktivovaná
Parametry patUící
do skupiny
Název parametru
Minimum rozsahu
AktuálnE nastavená
hodnota
Maximum rozsahu
jednotka
obr. A.22 Popis skupiny parametr]
PUíloha A
strana A.38
Hledání hrdla
Úlomek
Výštipek
Bílá
a)
Velká chyba
Smetí ve vnitUní
oblasti
Smetí ve vnEjší
oblasti
Tenké vady
Nápisy
Tmavé sklo
b)
obr. A.23 Popis dialogových oken pro zadávání parametr] a) pro hrdlo, b) pro dno
Postup pUi nastavování parametr]
Parametry jsou nastaveny již pUi výrobním seUízení na požadovanou pUesnost vyhodnocení
(viz. hodnoty parametr] z obr. A.23). PUi požadavcích na pUísnEjší 7i mírnEjší detekc je potUeba
upravit citlivost jednotlivých metod (300 % = nejcitlivEjší) a iterativním zp]sobem
postupovat až k požadované spolehlivosti vyhodnocení.
PUíloha A
strana A.39
RESTRICTED
RESTRICTED
RESTRICTED
RESTRICTED
Specifikace významu portů karty BOTCTRL
při zápisu
RESTRICTED
Příloha E
strana E.1
Specifikace významu portů karty BOTCTRL
při čtení
RESTRICTED
Příloha E
strana E.2
POPIS PROPOJOVACÍCH KABELŮ A KONEKTORŮ
RESTRICTED
Příloha F
strana F.1
RESTRICTED
Příloha F
strana F.2
RESTRICTED
Příloha F
strana F.3
RESTRICTED
Příloha F
strana F.4
Specifikace hlášení vypisovaných na obrazovku
při registraci běhové chyby
RESTRICTED
Příloha G
strana G.1

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

Podobné dokumenty

srpen 2011 - Praha

Plochy stavební praxe - Katedra didaktiky matematiky MFF UK

Kunratický zpravodaj - Praha

Záchraný přístroj Cypres-2

TCVR ICOM IC-7000 pohledem KV amatéra

Senzor Amonných Lontů NH4D sc