钱币铸造：适用于钱币压模的精确角度检测

在每个人的钱兜里：批量生产的高精度小型精品

硬币是我们每天随身携带的数件物品之一。 尽管数字化支付手段已得到普及，对于杂货店、书报亭、售票机和停车记时器而言，硬币仍然是一种可靠的备用支付方式。 数十亿美元的硬币正在市场上流通，每个硬币均需完全相同。 每一种硬币必须呈现一模一样的头部和尾部设计，且直径、边缘形状以及重量均完全相同。 因此，主要货币的每家造币厂均为工业大宗生产者，必须利用高精度工艺进行操作。

挑战

每一枚硬币的直径按千分之一英寸计，重量则按千分之一克计。 同样地，头部和尾部设计需要以相同角度对齐。 在铸造工序中，这些图片通过压力高达 100 吨的模具压印到硬币毛坯上。 这些模具为“主模”的精确副本。 由于铸造工序对精度具有极高的要求且模具磨损严重，因此需要经常更换模具 - 对于大型造币厂，每年约需进行 50,000 次更换。 因此，使制造工艺自动化并确保在冲压机中正确插入模具是实现硬币生产效率最大化的关键。

为确保冲压机中头部和尾部模具之间的旋转角度正确，研磨机将各圆柱形模具的一小部分以相对于硬币设计方向的特定角度键入。 如此一来，模具便能够以正确角度装入冲压机。 我们面临的挑战在于准确识别模具上硬币设计的实际角度并提供正确反馈，因此模具在研磨机中以直角放置，以便实现精确键入。

除了识别模具上设计角度所面临的算法挑战外，对准系统还需要承受 CNC 钢制研磨机恶劣、潮湿而肮脏的环境条件。 全天候无故障运行、最少维护措施的可靠性也是十分必要的。

解决方案

Artemis Vision 针对造币厂开发了一款对准系统，该系统可达到恶劣且具有挑战性的环境条件下所需的精度，并且能够全天候运行。 Artemis 系统设计人员采用坚固的外壳打造了一款紧凑型机器视觉系统，其中包括一款采用 2.3 MP 分辨率和 GigE Vision 接口的 FLIR Grasshopper3 相机。 他们选择了一款 Tamron 定焦 C 座镜头，配备一个伸长环、一台 PC 以及用于照亮轴到模具区域的散射光。

该相机采用 Sony Pregius IMX174，具有高动态范围，能够有效应对闪亮的模具表面。 对准系统采用 FLIR 的 FlyCapture SDK 来捕获经计算机预处理后的连续视频流。 然后使用 Microscan 的 Visionscape 软件，角度的识别精度不到 1/10 度。 之后，将结果反馈给研磨机，从而将硬币模具旋转至精确角度。

角度探测系统基本型号的尺寸仅为 5“ x 12“，专用于全天候运行。 除千兆以太网之外，系统还采用 RS-232、USB、RS-485 和数字 I/O 作为接口。

对客户而言意味着什么？

对准系统可加快生产速度，提高硬币的质量并达到最适产量。 研磨机只允许存在较小的误差范围，因此冲压时模具必须放置正确，以确保最终制出的硬币无任何缺陷。 造币厂可能会遇到产率低、停机时间长的问题，这样会因模具未正确对准而带来不必要的成本。 缺陷可能难以进行手动检测，操作人员也不能期望每次都能找到最小的对准偏差。 通过高效、可靠地识别并纠正对准误差，对准系统能够帮助纠正这些问题，因而相比肉眼精准得多。

为何选择 FLIR？

Artemis Vision 总裁 Tom Brennan 出于若干合理原因通过 FLIR 选择了 Grasshopper3 GigE Vision 相机，他解释说：“我们凭借 FLIR 产品来打造此系统，因为在这个领域里，多年来我们很少遭遇失败。 角度探测系统被嵌入到 CNC 机器中，使得访问和支持变得十分困难，所以我们希望能够依靠硬件。 在 FLIR 提供的各种 GigE Vision 相机型号中，采用了 2.3 MP 和 CMOS 全局快门技术的 Sony Pregius IMX174 传感器拥有高动态范围，这对于图像质量十分重要，因而能够准确识别所需角度。 得益于 GigE 相机接口，可轻松桥接 CNC 机器（内置角度探测系统）与计算机之间较长的距离。”

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