基于视觉的航天电连接器的智能识别与可靠连接

基于视觉的航天电连接器的智能识别与可靠连接

张春江 王津 张帅 张利洋

天津航天长征火箭制造有限公司 天津 300462

摘要：在我国科学技术水平不断提高地背景下，要想进一步提高航天产品可靠连接的效率，需要在视觉检测系统的基础上，实现对航天电连接器智能识别与可靠连接，可以利用肤色特征和零件的轮廓特征等内容，增强图像的清晰度，实现对电连接器的在线识别，进而保证可靠连接的有效性。

关键词：视觉；航天电连接器；智能识别；可靠连接

新时期，传统的航天圆形连接器在生产过程中并不能实现自动化装入，影响了整体的可靠连接效果。为了解决此难题，相关的学者提出了基于视觉的航天电连接器的智能识别与可靠连接技术方法，希望可以通过此技术的应用，实现自动化可靠连接，进而保证航天电连接器应用的安全性。

一、基于视觉航天电连接器的发展现状

现如今，产品的自动化生产中视觉系统已经占据了非常大的比重。特别是在当前航天电连接器的智能识别以及可靠连接中，需要实现对图像的自动化测量，提高测量对象的效率。同时，视觉系统在航天电连接器中的应用，还能够在提高自动化程度的同时，保证图像采集和处理等内容的有效性，这些内容一般都可以由计算机程序设定，在一定程度上极大提高了生产效率^[1]。

在当前的自动化生产领域，视觉系统已经在其中得到了有效应用，并且其本身所应用的范围以及所涵盖到的工业元件也是非常广的，主要有尺寸测量、模式识别和模板匹配等方面。

   航天电连接器作为航空电气系统中的主要组成部分之一，更是航天器上连接与分离的核心器件，在各种航空和战略战术武器等装备中都发挥着非常重要的作用。因此，可以说航天连接器的安全性和可靠性在一定程度上决定着战役的胜负。特别是此器件在战略战术武器系统中的应用，需要保证其在超高温和超高压的环境下更可靠的完成预定任务。

这就需要在视觉检测系统的基础上，对航天电连接器进行完善和创新，实现对此器件生产流程的智能识别， 提高可靠连接效果，识别出其设计特性，加强对工艺细化量化内容地有效控制。同时，技术人员还需要在航天连接器的可靠接触性和插合分离性等内容出发，结合其本身的功能展开分析，识别零部件和产品可靠连接过程中的重要特性，保证其应用的安全性。

目前，一些技术人员还结合航天电连接器的应用现状，在视觉系统的基础上提出了通过连接器的组合特征对连接器类型进行识别的方法，可以采用单目相机通过对工件的有效应用，结合几何数学的思想，对工件的尺寸和种类进行更加准确地识别，从而进一步促进我国航天事业在社会的持续发展。

二、基于视觉的航天电连接器的设计原则

由于视觉系统本身具有导线识别的功能，所以其在航天电连接器焊接中的有效应用，能够对焊点进行实时检测，并且操作人员还可以结合上位机图形界面进行焊接，进而达到指导工人焊接，降低错焊率。在具体的运行中，此系统还可以自动生成焊接记录，当电缆网生产出现问题的时候，可以在此基础上，完善解决方案。因此，要想减少航天电连接器识别误差等问题的发生，提高可靠连接效果，需要在视觉系统的基础上，完善设计方案，明确具体的设计原则和内容。

（一）简单易操作

基于视觉的航天电连接器可靠连接系统，其研发的目的就是为了能够更有效地指导工人操作，所以在对此系统进行设计人员，要在简单易操作的角度上出发，让工作人员在具体的操作中没有任何难度，不用进行专门学习，就可以实现对此系统的有效应用。

同时，还要对以前航天电连接器装可靠连接方式进行创新，实现自动化连接，减少工作量，提高工作效果，实现传统焊接和自动化智能连接系统的有效结合，从而为航天电连接器在日后应用的安全性提供保障。

（二）可靠性

可靠性和稳定性可以说提高电连接器焊接正确率的有效保障，并且对导线识别的正确率还要达到 99%以上，只有这样才能提高航天电连接器的灵敏度高。因此，在对航天电连接器进行设计时，需要注意对芯片的有效选择，重点选择市面上应用比较成熟的芯片。同时，在对电路进行设计时，还需要注意电路的安全性和可靠性，需要在成熟的电路参考下，设计电路图^[2]。

在此过程中，设计人员还要在经济适用的原则出发，也就是所的选芯片不仅要满足本课题设计的要求，还需要把所选芯片和开发所需的材料控制在合理的价格之内，实现对设计成本的节约，进而在视觉检测系统的基础上强化航天电连接器的整体设计效果。

3. 基于视觉的航天电连接器的智能识别与装配引导

（一）电连接器插接前需要检查相关项目

如果在对此设备的进行插接前，不对其进行全面检查，不仅会影响插接质量，还会造成接触不良，甚至出现短路。在此过程中，一个信号传输不到，此电缆会失去功能，导致无法下达指令，甚至还会造成箭体失利。因此，在具体的插接前一定要检查插头和插座的完好性，主要检查内容为：（1）尾罩无松动、绑扣无脱落，并且插针插孔不可以有歪斜和变形等问题。（2）电连接器的外壳和对接口是否出现了变形、无螺纹磨损和紧固件无松动等情况。同时，此接口内不准有多余物。（3）插针以及插孔不能有明显的退缩或突出现象，将其与同一平面的正常插针和插孔比较，其退缩，或者是突出距离不可以超过0.5mm。

（二）电连接器连接

在对插头和插座进行插接时，首先需要取下电连接器头和座所带的防护罩，仔细核对插头和插座代号。其次，需要确认待连接电连接器头、座接触件的数目应与针孔对偶且数目一致，然后才可以按电连接器的定位标志进行连接，并且在具体连接过程中严禁斜插和斜拔。最后，如果火箭部段同一位置电连接器规格大小相同、数量多，仅仅代号不同，需要对其进行认真核查，避免对整个系统电缆网带来影响。

（三）确认连接是否到位

（1）座、头到位标记需要重合，并且还可以听到连接到位响声，检查其中的防松卡片是否已推到底。（2）螺纹式连接，锁紧套要有保险孔，操人员需要用不锈钢丝打保险，无保险孔和防松措施的用塑料绝缘胶带缠绕保险，进而提高连接的可靠性。由于电连接器连接一般是靠人为保障，所以在具体的操作中不管插接时的三检制，也就是操作、互检和专检，还是后期工作中的多媒体确认，都需要依靠相关人员负责。因此，需要强化整体过程的智能性，应用智能设备自动识别其中的插头代号对应关系，进而提高插接的正确性。

（四）智能识别

供应商要想提供实现对电连接器焊接检测系统的科学设计，首先要了解电路原理图，在此基础上绘制 PCB，制作出印制的电路板。同时，还需要优选元器件，将其中的元器件焊接在电路板上，并且在完成硬件部分后，可以采用在 Xilinx FPGA 开发工具中的，编写相关的程序，完成上述内容后，可以借鉴第三方仿真软件 modelsim 进行时序仿真，结合具体的结果实现对电路板的有效调试。

在完成后检测后，还要对电连接器焊接情况进行检测，保证其符合具体的规定和要求。此外，在开发导线设备之前，还要选用图像采集设备对航天电连接器识别中的问题进行分析，从而实现对此部分的智能识别和引导。

（二）视觉检测系统的软件设计

在对视觉检测系统进行设计时，技术人员要综合考虑程序设计最优化等问题，保证相关算法的有效性。由于视觉检测系统的设计和完成，要对其鲁棒性进行检测，主要是为了更好地适应复杂的外部环境，所以技术人员要在不同的角度出发对此系统的工作原理进行分析，提高图像获取和视觉检测处理的有效性。

在图像获取中，一般由照明系统和模拟-数字转换器等发挥主要功能，机器人的视觉检测在此基础上可以通过视觉检测传感器获取清晰和完善的二维图像，然后通过视觉检测处理器，实现对此部分内容的分析和解释，实现符号转换，实现对物体的智能化识别。

在对视觉检测系统的硬件进行分析时，发现其主要由摄像机、图像采集卡和控制装置等内容所构成的。由于视觉检测系统的好坏与摄像机像素的高低以及硬件质量的优劣等因素存在直接关系，所以需要实现对此系统硬件的有效设计。

（三）明确技术指标

相关的技术人员要想在视觉检测系统的基础上，实现对航天电连接器的智能识别和可靠连接，不仅要对此系统进行优化，还需要明确其中的技术指标^[3]：（1）其中的导线识别设备所识别的光学字符，其正确率需要达到 99%以上；（2）上位机的可靠连接系统整体连接正确率要达到 100%； （3）DXX等系统上电连接器焊接工作会受到人为因素的影响，质量问题数一般会下降 50%。此外，还要对检测系统中的处理器选择内容进行分析：第一种是结合航天电连接器的实际应用情况选择单片机为处理器。第二种是选择 FPGA 作为处理器，这两种芯片的作优势和劣势存在一定的差异性，可以通过对比方式，实现对处理器芯片的有效选择。

结束语

总而言之，在新时代背景下，以前的航天电连接器已经不能满足我国航天事业发展的要求了， 需要及时了解电连接器的可靠连接和智能识别方面的最新技术，在视觉检测系统上，总结电连接器的具体操作方法，实现对航天电连接器智能识别和连接系统的科学设计，从而进一步强化航天电连接器的可靠性。

参考文献：

[1]李云召.基于自动化检测系统的宇航用电连接器过程控制能力提升研究[J].中国航天,2020(S1):3-3.

[2]庞学丰,王瑞文,张玉美,等.基于机器视觉的航天器密封舱内结构装配精度检测系统设计[J].计算机测量与控制,2020(8):53-57.

[3]李泳峄,吴新跃,翟旺,等.基于柔性直角坐标机器人的火箭连接器自动对接过程分析及试验[J].导弹与航天运载技术,2019,366(1):120-125.