PROJECTE FINAL DE CARRERA Títol Projecte: Aplicación chequeo de calidad Alumne: Oscar Navas Luque Titulació: Enginyeria Tècnica Industrial en Electrònica Industrial Composició del Tribunal: President: Cabré Rodon, Roger Secretari: Cañellas Alberich, Nicolau Vocal: Garcés Miguel, Pedro
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PROJECTE FINAL DE CARRERA
Títol Projecte: Aplicación chequeo de calidadAlumne: Oscar Navas LuqueTitulació: Enginyeria Tècnica Industrial en Electrònica Industrial
Composició del Tribunal:President: Cabré Rodon, RogerSecretari: Cañellas Alberich, NicolauVocal: Garcés Miguel, Pedro
Aplicación chequeo de calidad Documento nº 0: Índice
1.10.3. Descriptivo de funcionamiento ..........................................59
1.10.3.1 Calibración del sistema ..........................................60
1.10.3.2 Funcionamiento en automático ..............................63
1.10.4 Comunicación con el exterior .............................................64
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1.1 Objetivos del proyecto
El sistema Naslu CPAC ha sido concebido con la intención deposibilitar el chequeo de sólidos continuos de forma dinámica y con unaprecisión y frecuencia muy superior a la del ojo humano. Estas ventajas sonresultado de la combinación de un sistemas de aportación de imágenes dealta resolución, capacidad de procesado por parte de un PC de altasprestaciones y la aplicación software que une a los dos anteriores.
Naslu CPAC tiene aplicación en la industria para chequeosdinámicos que requieran de altas prestaciones, tanto por las anteriormentemencionadas como por tratarse de un sistema funcional en entornosnocivos para el ser humano. Su compactación aporta un reducido volumen,sin necesidad de armarios eléctricos, lo cual permite su utilización en zonasde poco espacio.
1.2 Alcance del proyecto
El actual proyecto tiene como alcance el desarrollo tanto de laaplicación software Naslu CPAC como el suministro de los materialesnecesarios para su funcionamiento, siendo estos una cámara de altadefinición y scan progresivo, caja de interconexión y PC de análisis. NasluCPAC tiene una precisión de hasta 0.3 milímetros en su medición y unavelocidad de análisis que oscila alrededor de los 40 microsegundos, a la vezel sistema y sin alterar dichos valores está concebido para permitir lacomunicación de resultados hacia el exterior en tiempo real, bien se tratehacia un PLC, un robot, otro PC, etc. permitiendo rechazar las piezasproducto (en caso de error) en tiempo de aplicación y por lo tanto reducirpérdidas derivadas de producciones incorrectas y tiempos enreconocimiento de averías. Queda excluído cualquier elementos no expresoen este apartardo o en el pliego de condiciones.
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1.3 Antecedentes
El destinatario del proyecto, ASM sa se dedica al sector empresarialdel automóvil, tocando a la vez pero con menor incidencia sectores como elaeronáutico y fabricación de electrodomésticos. La mencionada empresadecide apostar por la visión artificial dado el avance realizado por latecnología que hace rival insuperable frente a las prestaciones ofrecidas porchequeos realizados por el humano.
1.4 Normas y referencias
El equipo suministrado se acoge a las siguientes normas del marcolegislativo:
• EN 55022. Define las estándares para la instalación de la tecnología de lainformación y describe en esencia los campos de interferencias, valoreslímites y procesos de medición.
• EN 61000 / EN 55024. Compatibilidad electromagnética.
• FCC Class B. Radiación/captación de energía por radio frecuencia.
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• DIN ISO 9002. Define términos(condiciones) que se relacionan con laspruebas ambientales de instrumentos ópticos y de instrumentos incluyendoasambleas ópticas y componentes ópticos, y especifica los rasgos básicosde pruebas.
• RD 485/1997. Sobre disposiciones mínimas de seguridad y salud para lautilización de los trabajadores de los equipos de trabajo.
1.5 Bibliografía
• Arroyo, A.; Alcalá, J.; Serradilla, F. Percepción computacional.Departamento de publicaciones de la Escuela Universitaria de Informática,2001.
• Escalera, A. Visión por Computador, Fundamentos y Métodos. Prentice-Hall, 2001.
Klette, R.; Zamperoni, P. Handbook of Image Processing Operators. JohnWiley & Sons. 1996.
• Maravall, D. Reconocimiento de Formas y Visión Artificial. RA-MA,1993.
Sonka, M; Hlavac, V; Boyle, R. Image Processing, Analysis and MachineVision. Chapman & Hall, 1993.
• G.A. Baxes, Digital Image Processing: Principles and Applications, J.Wiley & Sons, 1994. ISBN: 0-471-00949-0.
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• K. R. Castleman, Digital Image Processing, Prentice Hall, 1996. ISBN: 0-13-212467-4.
• C.H. Chen y P.S. Wang, Handbook of Pattern Recognition and ComputerVision, 3ª Ed, World Scientific, 2005. ISBN 981-256-105-6.
• A. de la Escalera, Visión por computador: Fundamentos y métodos,Pearson- Prentice Hall, 2001. ISBN: 84-205-3098-0.
• D.M. Etter, Solución de Problemas de Ingeniería con Matlab, 2ª Edición,Prentice Hall, 1997. ISBN: 0-13-397688-2.
• M. Faúndez Zanuy, Tratamiento Digital de Voz e Imagen y Aplicación ala Multimedia, Marcombo, 2000. ISBN: 84-267-1244-4.
• D.A. Forsyth y J. Ponce, Computer Vision: A Modern Approach, PrenticeHall, 2002. ISBN: 0-130-85198-1.
• A. Gruen y T.S. Huang, Calibration and Orientation of Cameras inComputer Vision, Springer, 2001. ISBN: 3-540-65283-3.
• P. Irarrázaval, Análisis de Señales, McGraw-Hill, 1999. ISBN: 956-278-079-1.
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• B. Jähne, Digital Image Processing, 5th Edition, Springer, 2002. ISBN: 3-540-67754-2.
• A. K. Jain, Fundamentals of Digital Image Processing, Prentice Hall,1989. ISBN: 0-13-3361659
• R. Jain, R. Kasturi y B.G. Schunk, Machine Vision, McGraw-Hill, 1995.
1.6 Programas de cálculo y diseño
• Microsoft Excel.
• ORCAD PCB Design tools.
• AutoCAD.
• Microsoft Visual Studio.
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1.7 Requisitos del diseño
Se procura llevar a cabo el análisis técnico y económico para lainstalación de un sistema de chequeo de la calidad aplicada sobre una piezaproducto en el caso concreto de parabrisas de automóvil. Comoespecificación tenemos por parte del cliente; un tiempo mínimo de análisis,en su totalidad de treinta segundos, y una superficie visto en planta deaproximadamente seis centímetros. A la vez, el sistema requiere la opciónde evaluar hasta diez diferentes piezas producto, existiendo por lo tanto, talcantidad de diferentes parabrisas.
El diagrama de bloques del estudio técnico sería el siguiente:
Código pieza producto
Reconocido?3seg
Aplicación y verificación25seg
Obtención resultado delanálisis
2seg
Correcto?
Inserción en carrocería Rechazo
Si
No
Si
No
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1.8 Análisis de soluciones
1.8.1 Captura estática
Para llegar a conseguir el objetivo anteriormente descrito, dosconfiguraciones se presentan como válidas. En primer lugar, tendríamos unsistema de captura fija, con capacidad de almacenaje y análisis de toda lasuperficie del parabrisas y cuya captura se realizaría tras la finalización dela aplicación y desde una distancia suficientemente lejana como paraabarcar la totalidad del parabrisas. A continuación se muestra un ejemplopráctico donde la captura se ha realizado a unos 600mm de distancia ydonde se analizan seis puntos del cordon de “primer” .
Imagen obtenida y analizada mediante captura estática:
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1.8.2 Captura dinámica
Como segunda opción, tendríamos un sistema de captura dinámica, siemprerecogiendo las imágenes a medida que se realiza la aplicación del producto,y desde una distancia suficientemente cercana como para capturar laporción necesaria entre captura y captura, considerando una velocidadmáxima de desplazamiento de quinientos milímetros por segundo.
Imagen obtenida y analizada mediante captura dinámica:
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1.8.3 Ventajas y desventajas
Ventajas Desventajas
Captura fija - Reducción decontaminación de lacámara
- Uso de CPU inferior
- Imagen a analizar muyamplia.
- Tiempo de análisisañadido al proceso.
Captura dinámica - Imagen a analizarreducida.
- Tiempo de análisis noañadido al proceso si noque transcurre enparalelo.
- Aumento decontaminación de lacámara.
- Uso de CPU superior.
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1.9 Análisis de equipamiento hardware
1.9.1 Cámaras
1.9.1.1 Cámaras monocromo.En este apartado se incluyen todas las cámaras que incorporan un sensormonocromo. El criterio de selección principal queda establecido por laresolución, diferenciando cinco clases: Estándar entrelazados, Progresivosinferiores a 1 Megapixel, Superiores a 1Megapixel, Superiores a 2Megapixel, Superiores a 4Megapixel y Superiores a 8 Megapixels.Referente a los sensores encontramos CCD o CMOS y otra referente al tipode Salida o Conexión Analógico, LVDS, CaneraLink, FireWire, USB2, yGigE Vision. Otras características que se debe destacar de las cámaras monocromas son:la opción de microcámaras, la alta sensibilidad en distintas partes delespectro visible y no visible (infrarrojo, ultravioleta), la opción deescaneado variable, la alta velocidad...
1.9.1.2 Cámaras Color
En este apartado se incluyen todas las cámaras que incorporan sensorescolor. El criterio de selección principal queda establecido por la resolución,diferenciando seis clases: Estandar entrelazados, Progresivos inferiores a 1Megapixel, Superiores a 1 Megapixel, Superiores a 2 Megapixel,Superiores a 4 Megapixel y Superiors a 8 Megapixels. Referente al sensorencontramos CCD o CMOS y referente al tipo de Salida o ConexiónAnalógico, LVDS, CameraLink, FireWire, USB2, y GigeVision.
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Otras características que se debe destacar de las cámaras color son: laposibilidad de trabajar con 1CCD o con 3CCD, la opción de microcámaras,la opción de escaneado variable, la alta velocidad,...
1.9.1.3 Alta Velocidad
En este apartado se incluyen las cámaras y sistemas de grabación de muyalta velocidad capaces de capturar desde 1.000 a 200.000 imágenes porsegundo. En apartados anteriores (Cámaras Monocromo, Cámaras Color)también se pueden encontrar cámaras capaces de alcanzar velocidades de1.000 imágenes por segundo pero no han sido específicamente concebidascomo cámaras de muy alta velocidad. Los sistemas y cámaras de alta velocidad se emplean en multitud deaplicaciones, industriales, científicas, militares y de aeronáutica. Entre lasaplicaciones más destacadas se encuentran: pruebas de "crash" deautomoción, estudio de proyectiles, balística, control de fabricación,estudios en fluidica, control de turbulencia, visualización de explosión,biomecánica, anuncios de publicidad...
1.9.1.4 Alta SensibilidadEste tipo de cámaras se utilizan tanto en aplicaciones científicas comoindustriales que requieran una gran calidad de imagen a muy bajailuminación. Proporcionan una serie de prestaciones como: Mayor RangoDinámico, Mejor Eficiencia Cuántica, Bajo Nivel de Ruido, PrecisiónSubpixel, Estabilidad en Tiempo y Temperatura...
Algunas cámaras de alta fidelidad también están diseñadas para capturarimágenes en condiciones de muy baja iluminación. Para ello, utilizansensores especiales de alta sensibilidad. Para mejorar la iluminación estossensores están cubiertos con polisilício que es transparente a las longitudesde onda altas pero que es opaca a las longitudes de onda más cortas de400nm. Es posible mediante ciertas técnicas reducir el espesor del CCD
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hasta aproximadamente 10 micras y focalizar la imagen. Este tipo de CCDtiene más del doble de Eficiencia Cuántica que los sensoresconvencionales.
1.9.1.5 Lineales MonocromoEl concepto de barrido lineal se asocia a la construcción de una imagenlínea a línea, utilizando un sensor lineal, de forma que la cámara sedesplaza con respecto al objeto a capturar, o bien el objeto se desplaza conrespecto a la cámara.
La tecnología de cámaras lineales fue desarrollada para aplicaciones deinspección de materiales fabricados en continuo, como papel, tela, planchasmetálicas, etc. Sin embargo en la actualidad se está imponiendo en muchosotros procesos productivos y de inspección, que requieren alta resolución y/ o alta velocidad a un precio competitivo.
Las cámaras lineales utilizan sensores lineales que acostumbran a tenerentre los 512 y 12.000 elementos (píxels), con una longitud lo más cortaposible, y con una gran calidad con el fin de obtener la mejor sensibilidad yprestaciones.
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1.9.1.6 Lineales ColorLas cámaras lineales en color pueden incorporar tres sensores lineales o unsolo sensor con filtros de color para cada uno de sus píxels.
MonosensorSon sensores CCD lineales que incorporan píxels adyacentes con filtroscorrespondientes a cada uno de los tres colores principales: Rojo, Verde yAzul. Esta arquitectura tiene una buena sensibilidad (similar a las cámarasmonocromas). Su propia estructura hace que la calidad de color sea similara la obtenida en las cámaras matriciales color con Filtro Bayer.
PrismaLos sensores se posicionan en tres caras de un prisma. Este tipo de cámaraspueden utilizarse en cualquier tipo de aplicación ya que los píxels R, G y Bcoinciden en la misma posición en el objeto. El inconveniente del prisma esque reduce la transmisión de la luz y por tanto el sensor debe ser mássensible, o utilizar una iluminación más potente. Este tipo de cámaras seutilizan cuando se quiere tener una gran calidad de color y cuando esnecesario discernir entre colores muy próximos.
1.9.1.7 Cámaras InteligentesEstas cámaras incorporan los elementos tradicionales de las cámarasconvencionales (sensor y electrónica asociada a la captura) pero además seacompañan de un procesador, memoria y sistema de comunicaciones con elexterior (Puerto Serie. I/O, Ethernet), y por tanto componen en si mismasun sistema completo de visión artificial.
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1.9.1.8 Cámaras 3D
Cámaras para medida de dimensiones 3D, permiten hacer medidas deformas en 3D a velocidades superiores a los 30.000 perfiles por segundo.
Este tipo de cámaras, en modo 3D, puede llegar a adquirir hasta 30.000perfiles por segundo, cada uno de ellos incluye 1.536 coordenadas 3D dealta calidad. Los cálculos de triangulación se ejecutan dentro de la cámara yse transfieren al ordenador a través de su conexión digital.
Algunas de estas cámaras puede funcionar en modo especial, permitiendode esta forma adquirir diversas características de las imágenes como: forma3D, y Nivel de Gris de la imagen simultáneamente. Todas lascaracterísticas del objeto se capturan cuando el producto pasa por debajo dela cámara funcionando de forma lineal y se envían al PC vía la interfase decomunicación.
1.9.1.9 Cam. Infrarrojas/TérmicasTodas las cámaras descritas hasta este momento son cámaras que funcionandentro del espectro visible, y que pueden capturar radiación infrarrojacercana hasta aproximadamente 1000nm.
Existen muchas aplicaciones de visión que requieren soluciones más alládel espectro visible, debido a las características de emisión de los objetos ode la aplicación a evaluar. Dentro de estos tipos de aplicaciones seencuentran todas aquellas que deben resolverse dentro del infrarrojo lejanomás allá de los 2µm.
Las cámaras térmicas son capaces de determinar la temperatura de loscuerpos a partir de su radiación infrarroja. Existen dos longitudes de ondapor excelencia donde trabajan las cámaras térmicas de 2 a 5 µm y de 7 a12 µm.
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1.9.1.10 Cámaras MultiespectralesLas cámaras multiespectrales generan imágenes del objetivo con decenas ocentenares de longitudes de onda simultáneamente.
Estas cámaras son la combinación compacta del espectrógrafo Inspectorcon una cámara matricial, que genera una imagen multiespectral , pudiendoresolver aplicaciones colorimétricas tanto en aplicaciones industriales comocientíficas.
Comparado con los sistemas de imágenes basados en filtros, las cámarasmultiespectrales proporcionan alta resolución espacial y espectral,selección flexible de las longitudes de onda por software y una ampliacobertura espectral desde el ultravioleta hasta el infrarrojo, pasando por elespectro visible.
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1.9.2 Ópticas
Las ópticas se utilizan para transmitir la luz al sensor de la cámara de unaforma controlada y de esta forma obtener una imagen enfocada de uno ovarios objetos.
Para saber exactamente que óptica debe utilizarse para la aplicación que sedesea resolver se debe tener en cuenta una serie de parámetros. Por unaparte se debe conocer el tamaño del sensor de la cámara, también se debesaber a que distancia estará el objeto de la cámara y por último se debeconocer el campo de visión que deseamos abarcar en nuestra aplicación.Una vez conocidos todos estos parámetros podremos calcular la óptica autilizar mediante la siguiente formula:
Distancia = (Tamaño del sensor * Distancia al objeto) / Tamaño del objeto
Hay muchos fabricantes de ópticas, que pueden producir lentes de distintascualidades. No hay ningún fabricante que tenga un rango total de ópticaspara cubrir todas las necesidades que se plantean en las aplicaciones devisión.
Para definir el tipo de óptica se deben seguir una serie de consideraciones:
El tipo de iluminación utilizado
Las especificaciones del sensor de la cámara
El tamaño y geometría del objeto
La distancia y el espacio disponible
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1.9.2.1 Opticas Estándar
Estas ópticas están optimizadas para enfocar desde infinito hasta pocoscentímetros del objeto.
Normalmente estas ópticas tienen un MTF de entre 70 y 90 lp/mm con unadistorsión moderadamente baja, y utilizables con cámaras de resoluciónestándar de hasta ½" o 2/3".
Son ideales para la mayoría de cámaras estándar, este tipo de ópticasdiseñadas para aplicaciones industriales utilizan cristales de calidad y sonde construcción robusta, para poder resistir las vibraciones y golpes sin quese desenfoquen o cambie la apertura.
1.9.2.2 Ópticas para cámaras de alta resolución montura C
Son una versión superior en cualidad a las lentes estándar. Normalmentecon especificaciones para cámaras CCD de 2/3" o superior, acostumbran atener un MTF superior a 120 lp/mm y presentan muy baja distorsión. Seutilizan conectadas a cámaras de alta resolución con tamaño de píxelpequeño, y en aplicaciones de medida y alineación.
1.9.2.3 Opticas de gran formato
Este tipo de ópticas se utilizan cuando el tamaño del sensor excede lasmedidasconvencionales, y por tanto no se pueden utilizar ópticas con roscaC.
Este tipo de lentes acostumbran a ser modulares y por tanto necesitandiferentes adaptadores y espaciadores para conseguir la correcta distanciade enfoque. Este tipo de ópticas se utilizan principalmente en cámaraslineales de 2048 píxels o superiores, o en cámaras matriciales de muy altadefinición.
1.9.2.4 Ópticas para Microcámaras
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Denominadas MicroOpticas son ópticas diseñadas para ser conectadas amicrocámaras o cámaras de cabezal remoto.
El propósito de utilizar estás ópticas es para asegurar que el tamaño de laóptica no sea mayor que el tamaño de la microcámara, cosa que ocurriría sise utilizaran ópticas convencionales. Hay dos tamaños de ópticasdisponibles, una para ser utilizadas con las cámaras con sensor de 1/3", quetienen un diámetro de 12mm, y otras para las microcámaras de ½", quetienen un diámetro de 17mm.El enfoque de estas lentes se hace a través de una pequeña rosca queincorporan, que una vez ajustado el foco puede fijarse. Estas ópticaspueden enfocar a distancias extremadamente cortas, inferiores alcentímetro.
1.9.2.5 Ópticas Zoom Estándar
Las ópticas Zoom estándar se utilizan en aplicaciones donde se requierecapturar la imagen con distintas magnificaciones. Este tipo de ópticaspermiten el control manual o motorizado, pudiendo cambiar el zoom, elenfoque y el diafragma de forma remota, tanto analógicamente como através de un ordenador.
1.9.2.6 Ópticas Zoom de precisión
Son ópticas zoom diseñadas para aplicaciones donde se requiere muchaprecisión y donde el campo de visión es de reducido tamaño. Este tipo dezoom ha sido diseñado para ser utilizado con cámaras con sensores de hasta2/3". Y pueden resolver todas las aplicaciones que requieran grandesmagnificaciones. Estos sistemas son extremadamente versátiles ya queestán compuestos por distintos elementos intercambiables, que permitenenfocar cualquier objeto a distintas distancias y con distintasmagnificaciones.
Los componentes fundamentales de este tipo de zoom son: el zoompropiamente dicho, los tubos de extensión, las lentes de aumento, el
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sistema de enfoque, el sistema de iluminación coaxial a través de la propiaóptica, y el sistema de motores para poder modificar el zoom de formaremota.
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1.9.3 Iluminación
Las cámaras capturan la luz reflejada de los objetos. El propósito de lailuminación utilizada en las aplicaciones de visión es controlar la forma enque la cámara va a ver el objeto. La luz se refleja de forma distinta si seilumina una bola de acero, que si se ilumina una hoja de papel blanco y elsistema de iluminación por tanto debe ajustarse al objeto a iluminar. Si seutiliza una iluminación adecuada, la aplicación se resolverá más fácilmente,mientras que si la misma aplicación recibe una iluminación incorrectapuede que sea imposible de resolver. Si para resolver una aplicación esnecesario utilizar muchos filtros de software, significa que la iluminaciónque se está aplicando no es lo suficientemente correcta. Una iluminaciónadecuada permitirá emplear menos filtros en la imagen y por tantoaumentar la velocidad de proceso en esa aplicación. Las ventajas inherentes a los sistemas de iluminación comerciales, frente alos construidos por uno mismo (a menudo complejos y caros en tiempo),son:
• Efectividad económica: Ahorrar tiempo y dinero en investigación,diseño, desarrollo y construcción del sistema de iluminación.
• Calidad: Miles de sistemas funcionando en todo el mundo.
• Efectividad: Larga duración con el mínimo servicio técnico.
• Repetibilidad: Siempre disponible en grandes cantidades y con lasmismas características.
• Gran Variedad: Muchos tipos de sistemas de iluminación disponiblesy probados.
1.9.3.1 LEDPara aplicaciones donde no se requiera una gran intensidad de iluminaciónse puede utilizar la iluminación por LED (Light Emiting Diodes). Los LEDproporcionan una intensidad de iluminación relativa a un coste muyinteresante, y además tienen una larga vida, aproximadamente 100.000horas. Otra consideración a tener en cuenta es que sólo requieren un cablede alimentación y no un haz de fibra óptica que en ocasiones es muydelicado. La intensidad de la iluminación continua por LED no es tan intensa comootros tipos de iluminación pero actualmente se están introduciendo los LEDde alta intensidad que empiezan a proporcionar una iluminación mucho
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más potente. Si los LED se conectan a un sistema estroboscópico se puedenalcanzar potencias lumínicas muy similares a los de la luz halógena. Aunque los sistemas con LED más comunes emiten luz de color rojo y seutilizan para aplicaciones monocromas, actualmente se está extendiendo eluso de otros colores como infrarrojo, verde, azul o blanco. El motivo por elque los LED rojos son los más utilizados en los sistemas de visión esporque son los más fáciles de encontrar y los más baratos. La vida media delos sistemas de LED pueden alcanzar hasta las 100.000 horas.
1.9.3.2 Fibra OpticaLa iluminación por fibra óptica, es actualmente, la que puede proporcionarla luz mas intensa de todos los tipos de iluminación que se utilizan envisión artificial. La idea básica es conducir la luz procedente de unabombilla halógena, o de xenón, que se encuentra en un fuente deiluminación, a través de un haz de fibras ópticas que termina en unaadaptador específico para cada tipo de aplicación. Estos adaptadorespueden tener forma circular, lineal, puntual o de panel, y puede ser dedistintos tamaños y dimensiones.
En los haces de fibra óptica hay cierta perdida de intensidad con relación ala longitud o distancia. Normalmente no se aconseja utilizar haces de fibraóptica de una longitud superior a 5 metros, ya que por una parte se pierdeintensidad y por otra el precio se hace un factor determinante. Una de lasventajas de la fibra óptica es que proporciona luz fría, y por tanto es idealen aplicaciones donde los sistemas que puedan emitir calor sean uninconveniente o también en entornos deflagrantes .
Las fuentes de iluminación acostumbran a incorporar una bombillahalógena y generalmente incluyen un estabilizador de corriente, con unafuente de alimentación para la lámpara halógena (150W) que se aloja en un
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espacio donde se conecta el haz de fibra óptica. La potencia de iluminaciónde la lámpara halógena se controla mediante un reóstato. La vida media delas lámparas halógenas utilizadas con este tipo de iluminación oscila entre1.000 y 2.000 horas.
1.9.3.3 Fluorescente
Los tubos fluorescentes se usan en muchas ocasiones en aplicaciones devisión artificial, aunque debido a su limitada variedad de formas, tambiénes limitada su utilización.
Para las aplicaciones industriales es importante que los fluorescentesfuncionen a alta frecuencia al menos a 25kHz. En aplicaciones de visión nopueden utilizarse fluorescentes estándar debido a su efecto de parpadeo,que dependiendo de la velocidad a la que la cámara funcione, puede versereflejado en la intensidad de la imagen capturada.
Los tubos fluorescentes estándar no presentan un balance de coloruniforme, incorporando longitudes de onda mayoritariamente azules. Paraaplicaciones de visión artificial es necesario utilizar fluorescentes conespectro conocido. Así es habitual utilizar en según que aplicaciones,fluorescentes casi monocromáticos: ultravioletas, amarillos, verdes,azules...
Para aplicaciones donde se requiere una gran intensidad de iluminación yuna larga longitud, se utilizan fluorescentes de apertura, en estosfluorescentes la luz se emite solo en una dirección y con un ángulo muyestrecho, esto permite que la intensidad lumínica pueda ser hasta 10 vecessuperior a la de un fluorescente estándar.
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Las fuentes de alimentación que proporcionan electricidad a losfluorescentes pueden venir equipados con fotodiodos, que permitencontrolar y regular automáticamente la estabilidad de la luz en todomomento, de forma que cuando la intensidad de la luz del fluorescentedisminuye la fuente hace que aumente la potencia hasta devolver laintensidad anterior. La vida media de los tubos fluorescentes es algosuperior a las 10000 horas.
1.9.3.4 LaserSon sistemas de luz láser estructurado. La luz estructurada en visiónartificial se utiliza para iluminar un objeto (desde un ángulo conocido) conun patrón de luz específico (Ej. Una línea) y viendo la forma como cambiaeste patrón sobre el objeto se puede obtener información de la terceradimensión del objeto iluminado.
Los sistemas láser comercializados pueden tener diferentes intensidades ylongitudes de onda y pueden suministrarse con diferentes patrones: puntos,líneas rectas, circunferencias, cruces, cuadrados, matrices de puntos, ymúltiples líneas.
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1.9.4 Interfaces de Captura
Algunas cámaras que se utilizan en visión artificial presentan una serie derequisitos que en la mayoría de ocasiones no son estándar. Lasespecificaciones y precios de las placas de captura de imagen (FrameGrabbers) varían enormemente y por tanto se deben tener en cuenta losrequisitos técnicos de cada frame grabber para su elección.
Los Interfaces de captura o frame grabbers han sido utilizados desde hacemucho tiempo para poder capturar las imágenes a alta velocidad. Eldesarrollo de este tipo de placas de captura ha ido paralelo al rápido avancede la velocidad de los ordenadores. En el pasado la limitada capacidad deproceso de los ordenadores limitaba la velocidad y la mayoría de framegrabbers llevaban procesadores abordo. En la actualidad los frame grabberscon procesadores abordo son menos frecuentes y se utilizan en procesosdonde se requiere una gran velocidad o una gran potencia de proceso.
Los frame grabbers “inteligentes” con procesadores a bordo se utilizan enaplicaciones donde la velocidad o la potencia de proceso no pueden serresueltos por los ordenadores convencionales. Ofrecen una gran potenciade proceso y análisis, liberando al ordenador para que pueda realizar otrastareas de control. Los requisitos de los frame grabbers que se utilizan enentornos industriales y científicos son muy diferentes de los que se utilizanen entornos multimedia, y deben incorporar características especiales talescomo: adquisición por trigger, frame reset, control de strobe, inclusión deEntradas / Salidas digitales, etc...
1.9.4.1 Estándar análogosLos frame grabbers estándar para visión artificial permiten obtenerimágenes con un nivel de calidad suficiente y vienen acompañados de unsoftware de desarrollo mínimo para poder programar cualquier tipo de
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aplicación.Los frame grabbers estándares incorporan componentes analógicos entrelos que se incluyen conversores análogo digitales, decodificadores ymultiplexores. Normalmente pueden conectarse solo a cámaras analógicasestándar monocromo (CCIR , RS-170) o color (PAL, NTSC). Estos tiposde frame grabbers no pueden ser conectados a cámaras progresivas, de altaresolución, o cámaras digitales.
Normalmente no incluyen memoria a bordo de la propia placa, debido aque acostumbra a incrementar el coste. Sin embargo mediante el bus PCIpueden transferir al procesador del ordenador las imágenes línea a línea agran velocidad. Este tipo de transferencia puede ser conflictivo si esnecesario hacer proceso en tiempo real en el ordenador, ya que noacostumbra a ser posible transferir las imágenes y procesar al mismotiempo con este tipo de frame grabbers. En la mayoría de las aplicacionesde visión industrial es necesario realizar proceso en tiempo en tiempo real ypor tanto se aconseja que las placas lleven memoria a bordo. Algunas deestas placas estándar incorporan memoria abordo y son las quenormalmente se aconsejan para garantizar la transferencia integra de lasimágenes en los tiempos correctos.
La mayoría de estos frame grabbers tipo, incluyen un multiplexor parafacilitar la conexión de múltiples cámaras, conectándose una a una alconversor análogo digital, hasta un máximo de 16 cámaras en alguna placa.Normalmente estos frame grabbers pueden conectarse a señales de videocompuesto o Súper VHS (Y /C) y algunos modelos incorporan puertos deEntrada /Salida.
Con estos frame grabbers es posible sincronizar la captura de la cámara conuna señal externa (trigger). Aunque no acostumbra a ser posible trabajarcon reset asíncrono. Por tanto con estos frame grabbers la captura serealizará con un retraso aleatorio debido a la relación entre el momento enque se emite la señal y el tiempo de sincronismo vertical de la cámara.
1.9.4.2 Avanzados análogosLos frame grabbers avanzados análogos de altas prestaciones son los quegeneralmente se utilizan en la mayoría de aplicaciones de visión artificial,donde se necesita conectar cámaras con salida de video no estándar.Los requisitos mínimos que debe cumplir un frame grabber de prestacionesavanzadas son: un circuito de conversión análogo/digital de excelentes
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prestaciones, así como la posibilidad de aceptar señales de sincronismo dela cámara, o poderle proveer de estas señales. Un PLL programableavanzado que se utiliza para ajustar las señales de video sean estándares ono. La mayoría de frame grabber avanzados incorporan entrada de píxelclock, que se utiliza que se utiliza para ajustar la digitalización de lospíxels.La mayoría de aplicaciones de visión artificial deben capturar las imágenesen un momento preciso que normalmente viene determinado por una señalexterna (trigger) y a su vez el frame grabber debe poder enviar una señal(strobe) para el control de otros componentes industriales. Este tipo deframe grabbers además deben ser capaces de funcionar con cámaras queincorporan la posibilidad de reset asíncrono donde el sincronismo esinterrumpido por esa señal externa (trigger).
También deben poder controlar la señal de entrada (ganancia y contraste)para poder compensar sus posibles variaciones dependiendo del tipo decámara. Normalmente incorporan circuitos de Look Up table de entrada ysalida que permiten hacer procesos por hardware.
1.9.4.3 Avanzados digitalesFrame grabbers diseñados específicamente para cumplir con todos losrequisitos necesarios en aplicaciones de visión artificial en las que se debanconectar cámaras digitales, tanto lineales como matriciales. Todos estosframe grabbers pueden enviar o recibir sincronismos de las cámaras. Soncapaces de ajustar la calidad de la imagen a nivel de píxel controlando elpíxel clock, y además funcionan con reset asíncrono con lo que permitencapturar la imagen en el momento preciso que requiera la aplicación.Permiten el control de encoders que facilitan el funcionamiento concámaras lineales.
Los frame grabbers digitales avanzados permiten conectar múltiplescámaras digitales en el mismo frame grabber o conectar cámaras conmúltiples salidas de datos (taps). La incorporación de memoria en la propiaplaca, así como de arquitectura scatter gatter y de transferencia DMAaseguran la perfecta transferencia a alta velocidad al procesador delordenador, asegurando la mínima sobrecarga. Algunas de estas placasincorporan procesadores específicos para mejorar el rendimiento de lascámaras matriciales y lineales de alta velocidad y de alta definición.
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Características generales
Se utilizan como interfases para cámaras digitales. Normalmentepresentan la mayoría de las siguientes características:
Entrada de 8 a 64 bits en formato Camera Link o LVDS (EIA-644)
Controles de tiempo y sincronización muy precisos
Soporte para cámaras con múltiples salidas (taps)
Control de cámara por el canal digital o a través de RS-232
Arquitectura Scatter Gather para transferencia y manejo de las imágenes.
Sincronización de múltiples cámara
1.9.4.4 Captura Firewire
Muchos ordenadores de hoy en día incorporan conexión directa digital paraformato FireWire IEEE-1394, siendo este un sistema de entrada salida dedatos de altas prestaciones, algunas de sus características mas notables semuestran a continuación:
Elevada velocidad de transferencia de información.
Flexibilidad de la conexión.
Capacidad de conectar un máximo de 63 dispositivos.
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Su velocidad hace que sea la interfaz más utilizada para audio y vídeodigital. Así, se usa mucho en cámaras de vídeo, discos duros, impresoras,reproductores de vídeo digital, sistemas domésticos para el ocio,sintetizadores de música y escáneres.
Existen dos versiones:
FireWire 400* (IEEE 1394a): tiene un ancho de banda de 400Mbit/s, 30 veces mayor que el USB 1.1 y similar a la del USB 2.0, quealcanza los 480.
IEEE 1394b, FireWire 800 ó FireWire 2: duplica la velocidad delFireWire 400.
Arquitectura altamente eficiente. IEEE 1394b reduce los retrasos enla negociación, gracias a 8B10B (código que codifica 8 bits en 10 bits, quepermite suficientes transiciones de reloj, la codificación de señales decontrol y detección de errores. El código 8B10B es similar a 4B5B deFDDI, el que no fue adoptado debido al pobre equilibrio de corrientecontinua), que reduce la distorsión de señal y aumenta la velocidad detransferencia. Proporciona, por tanto, una mejor vivencia como usuario.
Compatibilidad retroactiva. Los fabricantes han adoptado elFireWire para una amplia gama de dispositivos, como videocámarasdigitales, discos duros, cámaras fotográficas digitales, audio profesional,impresoras, escáneres y electrodomésticos para el ocio. Los cablesadaptadores para el conector de 9 contactos del FireWire 800 te permitenutilizar productos FireWire 400 en el puerto FireWire 800. FireWire 800comparte las revolucionarias prestaciones del FireWire 400.
Flexibles opciones de conexión. Conecta hasta 63 ordenadores ydispositivos a un único bus.
Distribución en el momento. Fundamental para aplicaciones de audioy vídeo, donde un fotograma que se retrasa o pierde la sincronizaciónarruina un trabajo, el FireWire puede garantizar una distribución de losdatos en perfecta sincronía.
Alimentación por el bus. Mientras el USB 2.0 permite laalimentación de dispositivos sencillos y lentos que consumen un máximode 2,5 W, como un mouse, los dispositivos con FireWire pueden
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proporcionar o consumir hasta 45 W, más que suficiente para discos durosde alto rendimiento y baterías de carga rápida.
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1.10 Resultados finales
1.10.1 Solución adoptada
Dado el punto considerado como vital del tiempo de análisis enparalelo al proceso productivo se opta por llevar a cabo la opción decaptura dinámica, dicha característica proporciona al usuario/cliente de unchequeo de acuerdo a las especificaciones sin la necesidad de ampliar lostiempos productivos y por lo tanto sin deterioro del volumen total devehículos fabricados.
A continuación se muestra la disposición física de los elementosinicialmente encargados de la iluminación y captura de las imágenesdurante las pruebas realizadas en nuestro laboratorio:
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1.10.2 Hardware elegido.
1.10.2.1 CPU X86
El PC de sobremesa con placa base ASUS P4S-800MX ha sidoelegido dada las prestaciones aportadas y el coste moderado de su compra.Dentro de las prestaciones definidas como vitales para la aplicación enconcreto hayamos la diversidad de puertos de conexión como PCI’s,AGP’s, Firewire, etc que nos posibilitan de una forma ágil la conexión dela cámara y tarjeta de entrada&salidas. A la vez, este PC posee unavelocidad de bus de 800MHz que junto a una CPU de reloj 3GHz y unaRAM máxima de 2GB ofrecen los requerimientos de análisis correctos parala aplicación en particular que este proyecto trata. Respecto al sistemaoperativo, conocido el entorno industrial donde la aplicación va adesarrollarse hemos elegido un sistema operativo con reconocidareputación en cuanto a estabilidad y fiabilidad frente a los nuevos sistemasoperativos de reciente aparación en mercado, el sistema operativo descritoy utilizado es el para muchos una de las mejores versiones de S.O. deWindows, el 2000 edición Professional.
A continuación se pueden apreciar los detalles relevantes de la placa encuestión junto con los componentes seleccionados:
Información técnica
General
Tipo de producto Placa base
Factor de forma Micro ATX
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Anchura 24.5 cm
Profundidad 24.5 cm
Procesadores compatibles Pentium 4
Socket del procesador Socket 478
Tipo conjunto de chips SiS661FX
Velocidad máxima del bus 800 MHz
Tipo BIOS Award
Controlador de almacenamiento ATA-133
Procesador
Cantidad instalada (máximosoportado)
0 ( 1 )
Memoria
Tecnología de RAM admitida DDR SDRAM
RAM instalada (máx.) 0 MB / 2 GB (máx.)
Velocidad de la memoria RAMsoportada
PC2100, PC2700, PC3200
Características de la RAM Sin memoria intermedia
Vídeo
Controlador gráfico SiS Mirage
Memoria de vídeo Memoria de vídeo compartida (UMA)
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Audio
Audio salida Tarjeta de sonido
Procesador de señal SiS963L
Modo de salida del sonido Sonido envolvente (surround) de canalesdiscretos 5.1
Telecom / Conexión de redes
Conexión de redes Adaptador de red - Ethernet, Fast Ethernet
Características
Características del BIOS Soporte de DMI, soporte para WfM 2.0
Monitorización de hardware Temperatura interna de CPU, temperatura delchasis, tacómetro de ventilador de CPU,tacómetro de la caja del ventilador, voltaje delsistema, tacómetro de ventilador de la fuente dealimentación
Desactivación / Activación Activación del teclado, activación de la LAN(WOL), activación del ratón, activación a travésde puerto USB, Wake on ring (WOR)
Características de hardware CrashFree BIOS, C.P.R. (Recuperación de losparámetros de la CPU)
Expansión / Conectividad
Ranura(s) de expansión 1 ( 1 ) x AGP 8x ( 1.5 V )5 ( 5 ) x PCI3 ( 3 ) x memoria - DIMM de 184 espigas
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1 ( 1 ) x procesador - Zócalo 478
Interfaces de almacenamiento ATA-133 - conector(es): 2 x 40pin IDC
Interfaces 1 x teclado - genérico - mini-DIN de 6 espigas(estilo PS/2)1 x ratón - genérico - mini-DIN de 6 espigas(estilo PS/2)1 x red - Ethernet 10Base-T/100Base-TX - RJ-451 x serial - RS-232 - D-Sub de 9 espigas (DB-9)1 x paralelo - IEEE 1284 (EPP/ECP) - D-Sub de25 espigas (DB-25)1 x pantalla / vídeo - VGA - HD D-Sub de 15espigas (HD-15)4 x Hi-Speed USB - 4 PIN USB tipo A1 x audio - salida de línea - mini-conexióntelefónica estéreo 3,5 mm1 x audio - entrada de línea - mini-conexióntelefónica estéreo 3,5 mm1 x micrófono - entrada - miniteléfono 3.5 mm2 x audio - entrada de línea - 4 PIN MPC
Conectores adicionales (opcional) 2 x Hi-Speed USB
Diverso
Cumplimiento de normas Plug and Play
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Físicamente
Especificaciones
• Sistema Operativo: Windows 2K Professional.
• Placa madre: ASUS P4S800-MX
• Procesador: Pentium 4 CPU 3GHz.
• Velocidad de bus: FSB 800MHz.
• RAM :512MB DDR.
• Disco duro: 80GB.
• Slots utilizados: 2 Ranuras PCI.
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1.10.2.2 Tarjeta I/O de adquisición
Iniciaremos la explicación de los motivos de eleccíon de esta tarjetacon la explicaión rápida y concisa de todo lo que aporta semejanteelemento.
La tarjeta PC-1200 elegida es una tarjeta denomida como de altorendimiento por su variedad de funciones ofrecidas, analógicamultifunción, tarjeta entrada-salida digital para PCs y con ordenadorescompatibles con slot 5V PCI. Además de las anteriores características, estaserie captura en continuo hasta 110 kilobyte muestras/segundo, laadquisición de datos sin espacios bajo DOS, Windows 95/98 y el WindowsNT 3.51/4.0. Esta familia consigue rasgos como: un convertidor analógicodigital a 330 kilobyte de 12 bit, dos convertidores independientes digitalanalógico de 12 bit, 16 canales entrada digital compatibles TTL y 16canales salida digital compatible TTL. También proporciona 32 canalessingle-ended o 16 entradas diferenciales. También denota la alta ganancia.Dos conversores digital analógico de esta tarjeta multifunción son devoltaje de salida independiente bipolar con jumper seleccionable paravoltaje de salida. La función de exploración de Digital Output es muyasombroso, llamada como Magicscan. Esto explora con modos deremolque: el modo de canal fijo y el modo de exploración de canal, ambosmodo pueden aumentar a muestras de 330 kilobyte por segundo. Tambiénproporciona tres modo de trigger para esta serie: el software trigger, elpacer trigger y trigger externo, cada modo de trigger usa "MagiScan" pararealizar la adquisición de datos. El trigger externo puede ser programado auno del tres método de trigger: pre-trigger, post-trigger y trigger medio.También soporta plug and play bajo Windows.
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Una vez expuesto todo el glosario de recursos comunicativos ofrecidos, ycon un toque claro de sinceridad, explicaré el por qué de tal elemento parauna aplicación como la nuestra. Dicha tarjeta, con el cometido decomunicar a los dos equipos encargados de la aplicación y del control de laaplicación, está sobredimensionada en recursos dadas la ampliasposibilidades que nos ofrece según lo anteriormente visto, dado quenosotros sólo requerimos entrada y salidas digitales (8bits). Me atrevería adecir que se explota a un 25% aproximadamente de su capacidad.Lógicamente y con un motivo de peso como es el económico, debería dedescartarse de inmediato por ofrecer un exceso de elementos técnicosinnecesarios que sólo aumentan el presupuesto y que no se considerannecesarios, afortunadamente, en este caso, estas tarjetas en concepto deelemento para pruebas y desarrollo por parte de uno de nuestros mas fielesproveedores, se nos entrega como regalo sin cargo o coste alguno, sin otromotivo mas que este y la cobertura técnica ofrecida, son las elegidas para laaplicación.
Físicamente
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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Diagrama de bloques
Especificaciones
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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1.10.2.3 Tarjeta I/O Optoacoplada
El motivo que nos empuja al diseño, compra, fabricación y montajede la placa optoacoplada que veremos a continuación es principalmente elconseguir una comunicación entre nuestro PC y el equipo en el otro lado deuna forma clara y nítida sin interfierencias de señales externas que puedandar lugar a errores de interpretación. Esto lo conseguimos a través deoptoacopladores que como función principal tienen el traspaso de lasseñales de electricas a traves de un medio conductor de luz, que ofrece laseparación eléctrica entre equipos.
Como segundo motivo en la creación de esta placa, tenemos la opción quenos ofrece de gobernar la iluminición con tensión de hasta 240Vac, siendolas habituales salidas de PC o tarjetas de adquisición de una tensiónmáxima de 24Vdc.
A continuación se muestran detalles de la placa en concreto:
Físicamente
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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Diagrama de bloques
Especificaciones
Digital I/O
• 4 inputs nivel TTL
• 4 outputs nivel TTL
• Input low Vil=0.01V max.
• Output highVih=2.5V min.
• Requerimientos alimentación: +5Vcc
• Voltage de aislamiento: 5000 (AC, 1min, R.H.<60%) Vms.
Especificaciones generales
• I conector: x1 D-Sub 15 macho
• O conector: x1 D-Sub 15 macho
• IO conector: x1 D-Sub 15 macho
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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• Temperatura de operación: 0 ∼ 80ºC
• Temperatura de almacenaje: -40 ∼ 80ºC
• Dimensiones: 107x121,25
1.10.2.4 Iluminación
Diversos sistemas han sido evaluados como los posibles encargadosde iluminar la aplicación que este proyecto en concreto trata, entre ellos lossistema de iluminación por LED, fluorescentes, láser, fibra óptica, etc.Gran parte de estos sistemas, de sobrada capacidad, han quedadodescartados por el alto coste que conlleva su compra, ejemplo de este casoes la fibra óptica y el láser. Por otro lado, y dentro de un coste massoportable hemos encontrado la iluminación mediante fluorescentes, noobstante, se descarta dada su iluminiación discontinua que a ojos humanospuede no apreciarse, pero que a la velociadad de captura de la cámarautilizada para este proyecto puede si acarrear perjuicios. Entre las opcionesfinales nos encontramos con la bombilla habitual de toda la vida hecha deWolframio Tugsteno y la iluminación ofrecida por LED’s. La opciónbasada en iluminación por LED dada su potencia lumínica y su bajoconsumo y moderado coste podría ser quizá la que mejor hubiese encajado,no obstante, y tras realizar pruebas en nuestro laboratorio, este sistema nollega a conseguir uno de los objetivos importantes que la iluminación debeaportar, que es el echo de obtener tal potencia lumínica sobre la piezaproducto que lleve a la clara distinción de la superficie impregnada por elproducto químico y la zona limpia, tal distinción es amplificada de formaimportante por la iluminación, llegando a quemar la zona limpia deproducto químico y así obtenener un contraste claro y beneficioso para laevaluación de contornos, por este motivo principalmente y por su costemoderado se acaba escogiendo la iluminación mediante bombillaincandescente de filamentos fabricados en Wolframio Tugsteno.
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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A continuación se muestran algunas de sus características mas relevantes:
Físicamente
Especificaciones
• Iluminación articulada.
• Alimentación: 220 voltios.
• Potencia max: 50 wattios.
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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1.10.2.5 Cámara
Dentro del amplio abanico de cámaras existentes en el mercado, laescogida para esta aplicación ha sido la versión monocroma con un sensorde 1/3”, una resolucion de 658x494 píxeles, velocidad de captura de hasta60fps, lente standard tipo C y una comunicación simple basada en elestándar Firewire. Estas caracerísticas descritas anteriormente quedan aljusto nivel de lo que la aplicación requiere por velocidad de desplazamientoy por la precisión en la medida. Cabe decir, que el precio de esta cámaraaunque considerable, queda todavía por debajo de la inmensa mayoría delas cámaras existentes. Para la elección de esta cámara se consideróinicialmente y como su mayor adversaria la versión color, la cual sedescarta automáticamente puesto que la aplicación de software requierellevar a escala de grises las imágenes capturadas, por consecuencia, elegiruna cámara color para después retornar a escala de grises repercutiría entiempo de proceso y coste de materiales. Descartando el modelo color deiguales prestaciones, el resto de cámaras quedan algo mas alejadas dadaslas características excesivas (nunca sobrantes técnicamente) que nosaumentan el presupuesto de una forma irazonable y que no aportan mayorrelevancia técnica que la monocroma. Aún y mencionado lo anterior,haremos mención de algunas de las cámaras evaluadas y los motivos porlos cuales se descartaron dando a elección la monocroma con sensor de1/3” y velocidad de captura normal. En tercer lugar considerando comoprimera la elegida, situariamos la cámara de alta velocidad, que dado elmovimiento conocido de nuestra pieza producto (hasta 500mm/s) podríallegar a ser una gran candidata, no obstante y volviendo a palabrasanteriores, la mencionada alta velocidad (hasta 200.000imágenes/seg)queda muy por encima de la necesidad y una vez mas nos obliga a elevar elpresupuesto sin aportación técnica relevante respecto de la elegida con sucaptura de 60fps, que nos ofrece un desplazamiento máximo de 8,3mmentre capturas. En cuarto lugar, nombraríamos la cámara de altasensibilidad, estas cámaras están diseñadas para entornos donde la
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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luminosidad es precaria o por algún motivo no puede elevarse, tal y comose mencionó en el apartado de elección de la iluminación, nuestraaplicación tiene como unos de sus pilares importantes una aportaciónlumínica lo suficiéntemente alta como para llegar incluso a quemar laimagen en las zonas no contaminadas del producto químico a evaluar, poreste motivo y no sólo por el económico, la cámara de alta sensibilidadqueda descartada. En último lugar y de forma agrupada, quedarían lascámaras inteligentes (lente, procesador, etc), cámaras 3D ymultiespectrales, que por su concepción dirigida a otro tipo de aplicacionesse descartan sin llegar ni siquiera a evaluar su coste.
Conocidos los motivos que descartan otros tipos de cámaras para estaaplicación, a continuación explico algunas de las características relevantesde la cámara elegida. Esta cámara es de las primeras cámaras desarrolladaspara aplicaciones donde la limitación de espacio o peso requiera unacámara placa. El sensor de la cámara está separado de la placa, y puedeutilizarse en diferentes maneras, incluye un sistema de ensamblaje paraconectar distintos tipos de ópticas mediante adaptador C, CS o M12.La cámara placa incorpora un total de 4 inputs/outputs y un sofisticadoconcepto I/O: Todos los puertos pueden utilizarse como inputs o comooutputs. La modulación de anchura de pulso (PWM) hace que esto seaposible, por ejemplo, para direccionar una óptica específica. Control de iris,enfoque, zoom puede realizarse desde el PC a través de registros IEE1394disponibles para tal uso.
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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Las cámara incluye, trigger asíncrono, control de ganancia y tiempo deexposición, selección de regiones de interés, LUTs programables, I/Oprogramables,…
Físicamente
Especificaciones
• Resolución: 658x494 pixels. 1/3”.
• Temperatura de operación: 5 ∼ 45ºC
• Temperatura de almacenaje: -10 ∼ 60ºC
• Lente tipo C.
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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1.10.3 Descriptivo de funcionamiento
Pantalla principal:
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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1.10.3.1 Calibración del sistema
El sistema requiere previo a su funcionamiento en modo automáticode un correcto calibrado de la cámara para así permitir al software conocerlas dimensiones del plano X-Y en el cual se haya, para ello, se debenrealizar los siguientes pasos:
1º desde el menú Settings seleccionamos Camera Calibration:
Una vez seleccionado, el sistema nos lo confirma mediante los siguientestextos marcados :
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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2º Definimos un área de chequeo para posteriormente desplazar por este elútil de calibrado (folio con imagen de dimensión conocida). La definicióndel área de chequeo se realiza manteniendo el botón del mouse izquierdoapretado desde el punto de inicio hasta el punto final. Para definición deárea de chequeo las opciones Grab continuos image y Execute CPACdeben estar deshabilitadas.
3º Una vez definido el área, desplazamos el útil de calibración por el áreadefinido anteriormente. En esta ocasión las opciones Grab continuos yExecute CPAC deben estar habilitadas.
El resultado debería ser la imagen siguiente:
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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4º Una vez realizada la calibración deshabilitamos Grab continuos yExecute CPAC y opuestamente al paso 1 deshabilatamos Cameracalibration dando así por concluida la calibración del sistema.
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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1.10.3.2 Funcionamiento en automático
Una vez realizado el calibrado del sistema y tras la masterización dela pieza producto podemos poner el equipo en modo automático desdeMenu Run Mode, Automatic.
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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1.10.4 Comunicación con el exterior
Tal y como se ha mencionado anteriormente, el sistema permite en paralelo al
proceso de verificación la comunicarse con el exterior, todo esto se realiza en modo
background cuando rueda en modo automático pero también visible en modo manual,
para ello el usuario posee una ventana desde la cual puede ver el estado actual de las
señales digitales e incluso forzar el estado de las salidas. Para este cometido existe la
siguiente pantalla desde el Menu Status, Dig Inputs & Outputs:
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
65
Al igual que desde el monitor podemos verificar el estado medianteel chequeo (nos indica el estado activo/inactivo) de los correspondientesbits, la placa optoacoplada dispone de LED’s rojos para salidas y amarillospara entradas que nos permiten evaluar también el estado de las señalesdigitales.
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
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Tarragona Julio 2007
Oscar Navas Luque
Ingeniero Técnico Industrial Firma:
Aplicación chequeo de calidad
DOCUMENTO nº 2: MEMORIA DE CÁLCULO
Autor: Oscar Navas LuqueDirector: Nicolau Cañellas Alberich
Fecha: Julio 2007
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 4: Memoria de cálculo
2.1.1 Cálculo de R1........................................................................69
2.1.2 Cálculo de R2 cuando el fototransistor está saturado............70
2.1.3 Cálculo de R2 cuando el fototransistor está en corte.............71
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 4: Memoria de cálculo
69
2.1 CÁLCULO DE RESISTENCIAS
En el circuito de la figura la salida del PC se acopla ópticamente a laentrada del operacional a través del optoacoplador TLP621-4.
Datos:
CTR=0.2 Vfmin=1.2V Vfmax=1.5max
Ifmax=50mA Iceomax=50nA Vcemax=0.5V
2.1.1. ELECCIÓN DE R1
El LED conduce cuando la salida del PC está a nivel bajo y noconduce cuando está a nivel alto. El valor de R1 determina la intensidadque circula por el led (If) cuando este conduce. If debe satisfacer lassiguientes condiciones:
If < Ifmax=50mA
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 4: Memoria de cálculo
70
La intensidad If se calcula fácilmente:
Elegimos un valor comercial de: 220 Ω
2.1.2 CALCULO D R2 CUANDO EL FOTOTRANSISTOR ESTÁSATURADO
Cuando el fototransistor está saturado, la tensión de su salida(Vcesatmax=0.5V) debe ser interpretada por el amplificadoroperacionalcomo nivel bajo, para que esté saturado Ic<CTR.If=0,2.If
A medida que R2 disminuye, Ic aumenta y el fototransistor puede llegar ala saturación
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 4: Memoria de cálculo
71
Cuando el fototransistor está en saturación, la tensión Vcesat debe serinferior a V- para que se produzca la saturación por parte del amplificadoroperacional a -Vcc.
Según la ecuación anterior:
Elegimos un valor comercial de: 4k7 Ω
2.1.3 CALCULO D R2 CUANDO EL FOTOTRANSISTOR ESTÁ ENCORTE
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 4: Memoria de cálculo
72
Cuando el fototransistor está en corte, la tensión Vceoff debe ser superior aV- para que se produzca la saturación por parte del amplificadoroperacional a +Vcc.
La tensión en V- es de 2v obtenidos mediante R3 y R4 (var), elegimos470Ω para R3 y 705Ω para R4.
Tarragona Julio 2007
Oscar Navas Luque
Ingeniero Industrial Firma:
Aplicación chequeo de calidad
DOCUMENTO nº 3: PLANOS
Autor: Oscar Navas LuqueDirector: Nicolau Cañellas Alberich
Fecha: Julio 2007
Aplicació chequeo de calidad Documento nº 1: Memoria descriptiva y funcional
5.4.4. Forma de pago .........................................................................91
5.5.5 Plazo de entrega ........................................................................92
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5.1.- CONDICIONES GENERALES .
El presente proyecto tiene carácter de obligado cumplimiento, una vezcumplimentado con los sellos correspondientes y la consiguiente legalización.
5.1.1.-VIGENCIA.
Este pliego con todos sus artículos estará en vigor durante la ejecución de lainstalación y hasta la terminación de la misma, entendiéndose que las partes a quehace referencia el mismo se aceptarán en todos sus puntos por el adjudicatario dela instalación.
5.1.2.- DOCUMENTOS DEL PROYECTO.
Todos los documentos parciales del proyecto se considerarán partes inseparablesde la unidad total que forma el proyecto, integrado por:
0.- Índice general.
1.- Memoria descriptiva.
2.- Memoria de cálculo.
3.- Planos.
4.- Presupuesto.
5.- Pliego de condiciones.
6.- Anexos.
5.1.3.- DESCRIPCIÓN.
Este proyecto regula las instalaciones y aplicaciones necesarias para realizarla verificación en continuo de la aplicación de productos químicos. La instalacióncomprende las siguientes partes :
Aplicación chequeo de calidad Documento nº 5: Pliego de condiciones
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1 – Instalación del PC encargado de recibir, almacenar y analizar la información.
2 – Instalación del sistema de percepción artificial, cámara, caja electrónicaoptoacoplada.
3 – Conexiones entre los anteriores y hacia el equipo “master”, bien sea otro PC,PLC o robot.83
La aplicación sofware comprende:
1 – Software de verificación Naslu CPAC.
2 – Licencia Windows 2000.
5.1.4 - ESPECIFICACIONES
El equipo resultante de este proyecto tiene como objetivo la verificación encontinuo de masillas químicas durante su aplicación, las características máximasdel sistema según se muestra a continuación:
Velocidad máxima de desplazamiento, 500mm/s.
Precisión del sistema, +-1mm en x,y.
Tiempo de análisis, 0s, transcurriendo el análisis en paralelo al proceso.
Patrones máximos, 10.
Almacenaje de rechazos, 1 año.
5.1.5 ORDEN DE PRIORIDAD DOCUMENTAL
Aplicación chequeo de calidad Documento nº 5: Pliego de condiciones
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El orden de prioridades de los documentos del proyecto es el siguiente:
1º Planos
2º Pliego de condiciones
3º Presupuesto
4º Memoria
5.1.6.- MODIFICACIONES.
Durante la ejecución del proyecto se podrán realizar cuantas modificaciones seestimen oportunas, siempre que las mismas sean aprobadas por el Ingenieroresponsable de la dirección del proyecto. Estas modificaciones serán adjuntadas alproyecto, así como las nuevas condiciones económicas.
No obstante, no se podrán realizar modificaciones durante el periodo de garantía,una vez que la instalación se haya terminado y probado.
5.1.7.- DIRECCIÓN E INSPECCIÓN.
La dirección de la instalación eléctrica/electrónica estará a cargo del Ingenieroresponsable de la dirección del proyecto, pudiendo éste, delegar en otro técnico desu confianza a cargo de la ejecución práctica de la instalación.
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5.1.8.-CONDICIONES DE SEGURIDAD.
El contratista, bajo su exclusiva responsabilidad, tomará toda clase deprecauciones exigidas por las reglamentaciones oficiales en este tipo detrabajos, con el fin de evitar accidentes, siendo responsable de lasconsecuencias de carácter civil o criminal que pudieran originarse durantela ejecución de la obra, bien por este motivo, bien por daños a terceros.
El personal de la Contrata estará obligado a usar todos los dispositivos,herramientas y prendas de seguridad exigidas, pudiendo el Ingenieroresponsable director del proyecto suspender los trabajos si estima que elpersonal citado está expuesto a peligros que son corregibles.
5.1.9.- GARANTÍA.
El plazo de garantía será de un año a partir de la fecha de recepciónprovisional. Transcurrido éste, se efectuará el reconocimiento final de lamisma, y si procede, su recepción definitiva.
Durante el periodo de garantía del sistema; correrán a cargo del contratistatodos los trabajos de conservación y reparación que sean necesarios,siempre que éstos no sean como consecuencia de una inadecuadautilización o manejo del equipo.
5.2. CONDICIONES TÉCNICAS Y DE EJECUCIÓN.
5.2.1. GENERALIDADES.
El contratista se comprometerá a utilizar los materiales con lascaracterísticas y marcas que se especifican en el proyecto, si por algunacircunstancia el Contratista quisiera utilizar materiales o aparatos distintosa los especificados en el proyecto, éstos deberán de ser de características
Aplicación chequeo de calidad Documento nº 5: Pliego de condiciones
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similares y necesitará tener la pertinente autorización del Ingenieroresponsable director del proyecto para poder utilizar estos nuevosmateriales.
Una vez iniciadas las obras , deberán continuar sin interrupción , salvoindicación expresa del Ingeniero responsable director del proyecto.
El Contratista dispondrá de los medios técnicos y humanos adecuados parala ejecución adecuada y rápida de las mismas.
5.2.2. CONDICIONES DE USO, MANTENIMIENTO YSEGURIDAD.
El sistema deberá ser manejado por personal cualificado y siempre con eldebido curso formativo previamente realizado, en caso de no respetarse loespecificado anteriormente podrían ocurrir daños materiales importantes.
El sistema de chequeo dinámico Naslu CPAC sólo tiene comomantenimiento preventivo la limpieza de la óptica provocada por residuoscontaminantes químicos en la atmósfera. Dicha limpieza se define comouna vez cada tres meses siempre que no se reduzcan las distancias al puntode aplicación. La no realización de las tareas de mantenimiento preventivopodría ocasionar mal funcionamiento del equipo y pertinentes pérdidasproductivas que siempre correrán a cargo de la contrata o contratista.
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5.3.- CONDICIONES FACULTATIVAS.
La ejecución del proyecto hasta su terminación, estará sujeta a los artículosque se especifican a continuación y a las órdenes que para cada asunto enparticular considere el Ingeniero responsable director del proyecto.
Artículo 1.- La ejecución de la instalación se llevará a cabo de acuerdo conlas normas que prescriben los siguientes reglamentos y normas particulares:
Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión.
Reglamento de Seguridad para Plantas.
Normas de Seguridad e Higiene.
Normas particulares de la empresa suministradora.
Artículo 2.- La realización de las diferentes partes de la instalación deberáhacerse estrictamente según los planos dados. De surgir cualquiereventualidad, la resolverá el Ingeniero responsable director del proyecto, elcual deberá redactar en el caso de que estime alguna modificación, elcorrespondiente documento reformado, que se considerará desde el día dela fecha como parte integrante del proyecto primitivo, y como tal , sujeto alas mismas consideraciones y especificaciones de todos y cada uno de losdocumentos de éste, en tanto en cuanto no se le opongan explícitamente.
Artículo 3.- Todos los materiales a emplear tendrán que reunir con todorigor las condiciones económicas, técnicas y físicas requeridas para cadauno de ellos.
Será facultativo del Ingeniero responsable director del proyecto, ordenarsean retirados o reemplazados, cualquiera de los materiales que a su juicioconsidere no garanticen la seguridad de la instalación.
Artículo 4.- Ingeniero responsable director del proyecto puede ordenar quese verifiquen los ensayos que considere oportunos, en caso de que se
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realicen, éstos correrán por cuenta del Contratista hasta un importe máximodel 1% del presupuesto de la obra.
Artículo 5.- Cuando las pruebas que se realicen en la instalación no den losresultados esperados según el proyecto y la instalación deba modificarse orehacerse por causas imputables al Contratista, éste correrá con los gastosque se originen, sin el tope del 1%.
Artículo 6.- La Contrata tendrá derecho a poseer una copia de todos y cadauno de los documentos del proyecto.
Artículo 7.- La Contrata no será responsable de los deterioros producidosen la instalación por una inadecuada utilización de la misma.
Artículo 8.- Se prohibe tajantemente la reproducción o divulgación de losdocumentos de que consta este proyecto, salvo en el caso que se cuente conla autorización previa de la firma propietaria.
Artículo 9.- Una vez finalizada la instalación, se procederá a realizar unaprueba general de la misma en la cual estarán presentes el Ingenieroresponsable director del proyecto por parte de la propiedad y unrepresentante de la compañía contratante.
5.4.- CONDICIONES ECONÓMICAS.
5.4.1.- RESPONSABILIDADES.
La empresa encargada de realizar el abastecimiento e instalación delsistema de chequeo dinámico será la única responsable de los gastos yconsecuencias que se deriven de trabajos y ensayos erróneos durante elmontaje y comprobación de la instalación.
5.4.2.- AUMENTOS DE PRECIOS.
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Si durante el periodo de la instalación se produjera un aumento en el preciode cualquiera de los productos y materiales destinados a la misma, siempreque el aumento sea superior a un 10% , se deberá adaptar el presupuesto ala nueva tarifa.
5.4.3.- MODIFICACIONES.
Si alguna de las partes de la instalación requiere alguna modificación porparte del Ingeniero responsable director del proyecto, y esto conlleva unamodificación de las condiciones económicas, la empresa encargada derealizar la instalación deberá tomar una decisión al respecto, y en caso deaceptarlas , deberá de confirmarlo por escrito.
5.4.4.- FORMA DE PAGO.
El importe de la Contrata se abonará en forma fraccionada contracertificaciones facultativas de obra ejecutada, y de las que se detraerá elimporte que corresponda por ensayos y análisis de los materiales yunidades de obra realizados por el correspondiente laboratorio, en base adichas certificaciones de obra.
5.5.5 PLAZO DE ENTREGA
El diagrama de Gantt estimado de planificación es el siguienteconsiderando como el día de inicio del proyecto el mismo día en el cual serecibe el pedido por parte del cliente y están claros todos los aspectos
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técnicos relacionados con el desarrollo del proyecto y que puedanrepercutir en un retraso del mismo.
// Standard initialization// If you are not using these features and wish to reduce the size// of your final executable, you should remove from the following// the specific initialization routines you do not need.
#ifdef _AFXDLLEnable3dControls(); // Call this when using MFC in
a shared DLL#else
Enable3dControlsStatic(); // Call this when linking to MFCstatically#endif
// Set the icon for this dialog. The framework does this automatically// when the application's main window is not a dialogSetIcon(m_hIcon, TRUE); // Set big iconSetIcon(m_hIcon, FALSE); // Set small icon
// Create the ToolTip control.m_tooltip.Create(this);m_tooltip.Activate(TRUE);
// assign tools to controls //SON LAS AYUDAS SOBRE CONTROLES //m_tooltip.AddTool(GetDlgItem(IDC_B_OPEN), "Open an Image orDriver"); m_tooltip.AddTool(GetDlgItem(IDC_B_SAVE), "Save the Image"); m_tooltip.AddTool(GetDlgItem(IDC_C_GRAB), "Turn grab on andoff"); m_tooltip.AddTool(GetDlgItem(IDC_C_REPEATED), "Execute onevery acquired image");
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// TODO: Use one of the following forms to add controls:// m_tooltip.AddTool(GetDlgItem(IDC_<name>), <string-table-id>);// m_tooltip.AddTool(GetDlgItem(IDC_<name>), "<text>");
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{CDialog::OnSysCommand(nID, lParam);
}}
// If you add a minimize button to your dialog, you will need the codebelow// to draw the icon. For MFC applications using the document/viewmodel,// this is automatically done for you by the framework.
// save image using comdlg m_cvImg.SaveImageByDialog ();}
void CVCEdgeDLLDlg::OnCGrab(){
// update checkbox state UpdateData (TRUE); // set grab m_cvImg.SetGrab (m_bGrab);}
void CVCEdgeDLLDlg::OnImageSnapedCvImg(){
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TArea Area; double x0, y0, x1, y1, x2, y2;
// refresh display m_cvDisp.Refresh (); // get selected area and build Area type of it m_cvDisp.GetSelectedArea (&x0, &y0, &x1, &y1, &x2, &y2); SetArea (x0, y0, x1, y1, x2, y2, Area); // remove all prev. labels m_cvDisp.RemoveAllLabels (); UpdateData (TRUE); if (m_bRepeated) OnBExecute ();}
void CVCEdgeDLLDlg::OnBSnap(){
// remove all prev. labelsm_cvDisp.RemoveAllLabels ();
m_bGrab = false; UpdateData(false);
// snap one image m_cvImg.Snap(); // refresh display
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case SEARCHMODE_THRESHOLD: case SEARCHMODE_THRESHOLD_SUB: // enable binary display GetDlgItem(IDC_C_BINARY_DISPLAY)->EnableWindow (TRUE); // searchbest is supported only in derivation mode if (m_lSearchFunction == SEARCHFUNCTION_BEST) SetSearchFunction (SEARCHFUNCTION_FIRST); // don't care polarity only in derivation mode if (m_lPolarity == POLARITY_DONT_CARE) m_lPolarity = POLARITY_POSITIVE; break;
case SEARCHMODE_CONTRAST: case SEARCHMODE_CONTRAST_SUB: // searchbest is supported only in derivation mode if (m_lSearchFunction == SEARCHFUNCTION_BEST) SetSearchFunction (SEARCHFUNCTION_FIRST); // don't care polarity only in derivation mode if (m_lPolarity == POLARITY_DONT_CARE) m_lPolarity = POLARITY_POSITIVE; // dont't display binary m_bBinaryDisplay = FALSE; break;
// init area TArea Area; double x0, y0, x1, y1, x2, y2; // get selected area and build Area type of it m_cvDisp.GetSelectedArea (&x0, &y0, &x1, &y1, &x2, &y2); SetArea (x0, y0, x1, y1, x2, y2, Area);
// sarch result for OSFindAllEdges function EDGERESULTS results = NULL; // init result count m_lResultCount = 1; BOOL bEdgeFound= FALSE;
//benchmark TWStartStopWatch (m_lTimeHandle, 0); // start timer #0 // execute selected search function switch (m_lSearchMode) { case SEARCHMODE_THRESHOLD: {
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