視覺檢測系統在開卷線中的運用

童純，顧鴻順

（江蘇亞威機床股份有限公司，江蘇 揚州 225000）

1 開卷自動化產線配置案列

開卷線配置壓力機、雙頭沖壓中心是一次創新式的嘗試。如圖1 所示，該方案由開卷機、壓力機、校平機、雙頭沖壓中心、剪板機多個部分組成，鋼卷首先由送料機構送至壓力機，由其進行第一輪加工，然后由校平機進行校平，校平之后再由送料機構送入雙頭沖壓中心進行第二輪加工，沖壓結束后送入剪板機剪切為成品。其中壓力機一般用于沖壓密集排孔，效率較高，雙頭沖壓中心可以沖碎邊角，修整板材邊緣等。

圖1 產線概覽圖

該生產線可以應用于幕墻、門板、電梯等多種傳統行業，具有一定的市場前景，其亮點在于將原材料的加工和產品生產結合在一起，省去了原材料加工完成后的打包搬運環節，并且還可以搭配折彎機器人、折邊機等，組成一整套的自動化智能生產線，更有效的利用廠房空間，節省人力資源。

2 產品精度問題產生的原因和解決方案

2.1 精度超差問題及原因

開卷線送料機構的送料原理是由氣缸控制壓料輥緊緊壓住卷料，然后由電機帶動壓料輥轉動，從而帶動卷料轉動。由于生產線增加了壓力機和雙頭沖壓中心兩道工序，長度可以達到20m，需要2 個以上的活套坑緩存板材，一個送料電機無法滿足需求，所以配置了兩臺送料電機，一臺給壓力機送料，一臺給雙頭沖壓中心送料。送料過程分為兩部分之后雖然滿足了送料需求，但是由于采用夾緊式送料結構，無法安裝類似沖床定位銷的固定標示點，送料軸1 和送料軸2 的原點就難以精確校準使其重合，這就產生連鎖反應，壓機的工件坐標系原點、雙頭沖壓中心的工件坐標系原點、剪板機的剪切原點，三者也無法精確校準，成品工件的孔到邊精度就難以保障。

如圖2 所示，成品工件要求孔到邊30mm,由于坐標系原點誤差，剪切位置可能距一側孔35mm，距另一側孔25mm。這里為更加直觀展現問題，尺寸誤差有所夸大，實際經過初步校準誤差在1mm 左右。如何解決誤差過大問題，成為本方案難點。

圖2 誤差展示圖

2.2 視覺檢測系統方案介紹

視覺檢測系統可以有效的解決這個問題，可以通過相機拍照，識別壓力機的孔位到相機基準線之間的距離，如果這個距離與客戶編程軟件設定的距離存在誤差，可以通過PLC 程序計算出誤差值，再控制軸運動補償這個誤差，這樣就能修正成品工件的沖壓精度，而相機基準線是固定的，距離剪板機的長度也是固定的，將這個固定值輸入加工程序，送料軸前進該固定值，剪切一刀，此時送料軸的位置就可以作為剪切機構的初始位置。

如圖3 所示為相機抓取基準點的畫面，本文選擇的是沖孔的中心作為基準點，然后測算出基準點到基準線的距離d,通過Profinet 通訊，將數據傳輸給PLC 處理。本方案采用的是歐姆龍視覺檢測系統，下文會介紹該系統的使用方法。

圖3 相機基準圖

3 歐姆龍視覺檢測系統應用

3.1 歐姆龍相機與西門子Profinet 通訊

歐姆龍相機與西門子PLC 采用的是Profinet 通訊，在測試中，本文嘗試過歐姆龍相機與西門子1200和STEP7 的通訊設置，均能夠正常傳輸數據。通訊設置分為兩步，分別要在歐姆龍相機端、西門子PLC 端進行。

3.1.1 相機參數設置

相機端需要設置相機的IP 地址以及通訊方式，遠程操作選項需要勾選為“有”，輸出數據長度要與組態一致，都選擇byte64，用戶區域設置要與組態選擇一致，默認選擇有。注意IP 地址要與PLC 設置在同一個網段中，否則無法正常通訊，如圖4 所示為通訊設置。

圖4 設置IP 地址以及通訊方式

3.1.2 博圖軟件設置

西門子PLC 端首先要導入相機GSD 文件，完成設備組態，注意設備網絡地址設一定要與相機參數中設置的地址一致，注意設備IP 設置，拖入輸入輸出子模塊，注意與相機設置中數據長度一致，組態I/O 周期也需要修改，若使用默認值可能會出現通訊故障，最后下載組態，分配設備名稱。如圖5 所示組態IO 周期需要修改。

圖5 組態I/O 周期修改

3.2 相機控制程序

相機和PLC 通訊有固定的地址，可以根據需要設定地址，如圖6 所示為指令對照表。

圖6 指令對照表

如圖7 所示為PLC 編程實例。

圖7 PLC 程序

送料機構送料到位后，PLC 發送拍照指令，相機拍攝照片，判斷拍照結果是否正常，正常的話發送信號給PLC，PLC 將相機此時測算出的數據進行記錄、加工，計算出位置誤差，在送料時，通過R 參數進行補償。

示例如下：

G01 X2=1000+R200

R200 為PLC 寫入的最終補償值。

4 視覺檢測校正結果展示

如圖8 所示為加工的零件圖片，送料到達相機拍照范圍，相機會拍攝照片，測算出自身基準線到兩側孔的距離。

圖8 加工零件圖

此時相機基準線到兩側孔距分別為35mm 和25mm，這組數據將傳輸給PLC，PLC 計算出需要補償的誤差值，誤差計算公式（35-25）/2=5mm，PLC 將該值寫入到R 參數R200，加工程序執行到G01 X2=1000+R200，就會在定位1000 的基礎上多移動R200=5mm的距離，這樣相機基準線到兩側孔的間距就均為30mm。

如圖9 所示為誤差補償結束后的相機基準線到兩側孔的間距，相機基準線到兩側孔的間距均等，符合產品要求。補償執行結束后，下一步是剪板機剪切板材。

圖9 誤差補償示意圖

如圖10 所示，相機基準線為綠色線條，距離剪板機580mm，只要控制送料軸送料580mm 即可準確剪切，分開零件1 和零件2，確保孔到邊緣的間距均為30mm，滿足產品精度要求。

圖10 剪切示意圖

以上是視覺檢測系統的校正流程，在實際生產中，批量加工產品，就需要不斷的送料、拍照、補償、剪切循環往復。

5 結語

本文介紹了視覺檢測系統在加工精度校正方面的應用，視覺檢測系統可以精確的測量出標定物到基準線之間的距離，例如本文采用的歐姆龍視覺檢測系統，實際應用檢測誤差在0.05mm 左右，精度高、測量速度快，測算出的數值，經過PLC 的處理，可以通過多種方式進行位置補償，大大提高了開卷自動化產線的加工精度。