基于機器視覺的多參量高度分揀控制器研制

嚴惠，孔德文

（江蘇信息職業技術學院，江蘇無錫，214153）

0 引言

傳感器檢測技術在諸多檢測場有極為廣泛的應用，目前市場上大部分高度檢測傳感器在檢測高度時檢測精度較低，且對于凹陷檢測比較困難。因此，本文引入機器視覺技術進行高度檢測，不僅能實現工件的凹陷檢測，且大大減少了檢測的誤差，精度可以提高至1絲。機器視覺系統大體由三部分組成：圖像的獲取、圖像的處理分析以及圖像的輸出或顯示[1-3]。機器視覺圖像識別檢測系統采用先進的圖像視覺檢測技術，實現對高速運動的工業產品進行實時全面的質量檢測。圖像處理的檢測方法具有非接觸、檢測速度快和檢測精度高等特點,已被廣泛地應用于生產流水線上產品的機械位置、幾何尺寸、表面狀態等參數的在線檢測[4]。

1 分揀系統結構

本文所設計的分揀系統工作過程為：當有待檢測工件搬運至入料口時，通過入料口處的傳感器可以檢測出有無工件和外殼顏色，檢測完畢后經由皮帶送入分揀區，在分揀區可以進行芯體的顏色與質地檢測、芯體的高度檢測、外殼的質地檢測等。檢測完畢后再由皮帶輸送至推料區，根據不同的參量屬性進入相應的三個分揀槽或者跌入末端的廢品區。

系統所選用的控制器為三菱FX2N-48MR,模擬量模塊為FX0N-3A,分揀控制器作為生產線中的某一工位，其需與其他工作站通信，采用的通信為RS485通信，變頻器為三菱E740，視覺控制器型號是信捷XV3-30M(C)，標準鏡頭，光源控制器為XVDP3024-2，以調節光的強弱，線型激光光源，觸摸屏為TP7062KS。

2 嵌入式機器視覺高度檢測

檢測對象由外殼與芯體組成，同一批檢測對象外殼與芯體高度不一定相同，外殼內部挖空的高度不一，因此芯體端面與外殼端面出現內置、外露和持平三種類型。

2.1 檢測范圍學習

按下學習按鈕，進入學習模式，選擇其中的最高的外殼、最高芯體，按下上限拍攝按鈕，學習范圍的上限為：Lmax=LOmax+LImax+2;選擇最低芯體，按下下限拍攝按鈕，則學習范圍的下限為Lmin = LImin-2.學習完畢后，長按學習按鈕5秒鐘，則推出學習模式，設定完畢范圍。

2.2 上下端面定位與距離檢測

檢測的距離為外殼與芯體端面的距離，為確認此距離，需獲取檢測的兩端面中心線所在位置，即需要進行上下端面定位。在X-Sight中選用線條定位工具tool1與tool2，由于tool1是檢測外露面，外圍光源較充分，因此閾值設置為50，tool2是檢測凹面，因此閾值設置為200。確認好檢測套件的上下端面，為獲得檢測距離，選用X-Sight中距離測量工具,檢測距離為兩端面之差。

2.3 色差檢測誤差補償與檢測區域調整

普通傳感器檢測距離時由于如料口放料時的偏差及距離檢測的肉眼不可見性，容易導致距離檢測區域的誤差，而本控制中由于采用了線型的激光光源，如檢測區域出現偏差即可通過肉眼觀測出。同時根據所配置的芯體與外殼顏色傳感器的檢測結果可以對檢測對象顏色不同時出現的檢測偏差進行校正。

2.4 檢測距離的傳輸

本系統所使用的智能相機支持的通訊方式包括RS-485與100M以太網通信。相機通過RS-485串口可以與所有支持MODBUS通訊協議的RS-485設備通信，通過100M以太網可以與所有支持MODBUS-TCP通訊協議的100M以太網設備通信。根據OSI模型,MODBUS協議應屬于數據鏈路層規范，但是在RS232、RS485以及以太網中被定義為物理層，工作模式為主從方式。在數據鏈路層中,幀信息通常包括四個內容：設備號、功能碼、數據域以及CRC校驗。

距離信息通過RS485總線與光源控制器連接，光源控制器與PLC同樣通過RS485總線通信，進而實現智能相機與PLC間的信息傳輸。相機的通信參數設置如表1所示。

表1 相機通信參數設置

3 質地與顏色參量檢測

工件的質地主要是指金屬與非金屬區分，通過電感傳感器檢測，顏色檢測通過光纖傳感器實現。在檢測過程中，外殼顏色檢測傳感器尚需要承擔工件有無檢測。因此此處外殼檢測不能在入料口處進行，在入料口處光纖傳感器判別出工件有無，即使是黑色工件也能檢測出。工件的顏色雖然仍使用該傳感器，尚需結合高速計數器的數值配合判斷。即調節傳感器檢測靈敏度，確保所有顏色在入料口A點都能檢測到，而在B點進行顏色區分，控制時結合高速計數器數值判別。

4 結論

本文所設計的多參量高度分揀控制器經過實踐驗證知：本控制器模塊化概念強，移植性好，檢測精度達到了一絲，并且能實現工件的凹陷檢測。同時能避免人眼視覺誤差帶來的區域誤檢測。由于本控制器應用在了產線的檢測分揀環節且使用了FX2N-5A，所選用的控制器只有一個通信口，因此，在機器視覺控制器處進行了數字處理，并采用了信捷自帶模擬量通道的控制器作為中轉，基于RS485通信傳遞了距離的模擬量信息。

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