犣箍缩丝阵参数的视觉检测技术

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1、第２２卷第１期强激光与粒子束Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．１２０１０年１月ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳＪａｎ．，２０１０文章编号：１００１４３２２（２０１０）０１００６８０３犣箍缩丝阵参数的视觉检测技术蔡红梅１，吴卫东１，张林１，黄祝新２，周秀文１，余斌１，杨波１，刘旭东１（１．中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳６２１９００；２．苏州钧信自动控制有限公司，江苏苏州２１５０１１）摘要：采用视觉检测技术及图像处理技术相结合的方法，实现了直径约为５μｍ钨丝丝阵负载单丝的垂直度，相邻两根微丝的间距，丝阵上是否有异物，丝是否断裂等装配参数的

2、自动、连续、无损检测。研究了视觉检测系统图像采集和配置方法，构建了Ｚ箍缩丝阵负载装配参数视觉检测系统。实验结果表明，视觉检测系统的检测精度达２μｍ，可以精确地检测出丝上异物和丝是否断裂，满足Ｚ箍缩丝阵负载装配参数的检测要求。关键词：Ｚ箍缩；丝阵负载；装配参数；视觉检测中图分类号：ＴＬ２３文献标志码：Ａ犱狅犻：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１０２２０１．００６８电磁驱动的快Ｚ箍缩（Ｚｐｉｎｃｈ）等离子体是一个具有广阔应用前景的强Ｘ射线辐射源。利用Ｚ箍缩内爆产生的等离子体，可创造更好的实验室环境，有利于开展武器库存管理计划、高能量密度物理、材料的动力学特［１］性、辐射输运

3、与辐射效应和惯性约束聚变（ＩＣＦ）等研究。目前，美国、俄罗斯、英国、法国和日本以及我国都在各自的Ｚｐｉｎｃｈ装置上开展ＩＣＦ研究，通过对实验数据与理论模型以及数值编码的不断校核、Ｚｐｉｎｃｈ靶结构的不断优化以及靶制备工艺的精密化，以期获得超强Ｘ射线，以及在实验室内真正实现得失相当的热核聚变点火条件。在Ｚｐｉｎｃｈ实验中，等离子体的内爆受到瑞利泰勒（ＲＴ）不稳定性的严重影响，将丝阵负载的轴［２］向和极向做到高度对称可以减缓ＲＴ不稳定性的发展。因此丝阵负载结构设计的优化和装配精度的提高是获得超强Ｘ射线的关键因素。目前，丝阵负载装配完成后，由人工利用辅助装置观察丝

4、阵的装配情况，装配质量的好坏，完全由人工经验判定，这就容易对物理实验结果的分析引入额外的不确定因素，且不能提供每发丝阵负载的具体装配精度。随着Ｚｐｉｎｃｈ技术的发展，精密制靶需要进行Ｚｐｉｎｃｈ丝阵负载装配参数的检测，它对靶结构设计与优化具有重要意义。常规的测量方法是用传统量具进行接触式检测，或者用光学测量仪器对丝阵逐根逐段检测。前者的缺点在于检测需要接触待测物，不适于丝阵负载装配参数的检测，后者的缺点在于检测设备昂贵，对操作人员的技术要求高，同时手动测量会导致分段误差，从而影响整体精确性。因此本文进行了丝阵负载装配参数的自动、连续、无损视觉检测技术研究。１丝阵负载

5、［３］Ｚｐｉｎｃｈ单层圆柱形丝阵负载结构如图１所示，它由上、下两个定位器和若干金属微丝组成，其中微丝直径范围为５～２０μｍ，定位器宽度约为１６０μｍ，丝阵直径为６～２０ｍｍ，丝阵高度为１５～２０ｍｍ。要求测量的装配参数包括单丝的垂直度，相邻两根微丝的间距，丝阵上是否有异物，丝是否断裂等。考虑到负载上丝超细及易断的特征，拟采用非接触式的视觉检测技术及图像处理技术进行Ｚｐｉｎｃｈ丝阵负载装配参数的测量。将丝阵负载安装在一个高精度运动平台上，用工业相机，配以显微镜头和大功率同轴入射光源和环形光源，对拍摄得到Ｆｉｇ．１Ｗｉｒｅａｒｒａｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ图１丝阵负载结构

6、的图像进行视觉处理运算，从而实现丝阵负载装配质量的检测［４］和评估。２系统结构Ｚｐｉｎｃｈ丝阵负载装配参数检测平台由软件和硬件两个部分组成。其中硬件部分由运动控制平台（如图２收稿日期：２００９０５３１；修订日期：２００９０９０７基金项目：国家自然科学基金重点项目（１００３５０３０）作者简介：蔡红梅（１９８２—），女，研究实习员，主要从事Ｚｐｉｎｃｈ靶装配与检测技术研究；ｗｏｒｋｃａｉ＠１２６．ｃｏｍ。第１期蔡红梅等：Ｚ箍缩丝阵参数的视觉检测技术６９所示）、视觉检测主机、电气控制箱和显示器等部分组成。软件部分包括视觉检测算法，运动控制算法和操作控制界面。２．

7、１运动控制平台运动控制平台功能是控制相机在竖直方向上下精密运动，实现小视野相机拍摄到丝阵负载上的完整丝；控制丝阵负载距离相机镜头的物距以及微丝在视野中的位置；同时，控制丝阵负载旋转，使其逐根通过视野范围。平台有４个方向的自由度，分别是水平的狓狔方向和竖直的狕方向，Ｆｉｇ．２Ｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｐｌａｔｆｏｒｍ同时还可绕负载轴顺时针或逆时针旋转，简称犚图２运动控制平台方向旋转。本系统选择了２倍率放大的相机镜头和大分辨力的相机，但在满足了检测要求的情况下，检测视野却减小了，本文相机镜头的组合下视野为６．８ｍｍ×４．８ｍｍ，因此需要移动