基于智能相機(jī)的分揀技術(shù)研究與應(yīng)用

謝超明

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)分揀作業(yè)工業(yè)機(jī)器人采用示教編程方式程序不易修改、效率低的缺點(diǎn)，提出利用智能相機(jī)、PLC和工業(yè)機(jī)器人構(gòu)建視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)，可以快速準(zhǔn)確判斷工件類(lèi)型、位置等信息并提供給工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)智能分揀，提高了柔性和生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：智能相機(jī);分揀;視覺(jué)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1007-9416（2018）10-0000-00

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。尤其是在智能分揀系統(tǒng)中，機(jī)器視覺(jué)能快速準(zhǔn)確的判斷工件類(lèi)型，位置等信息，并通過(guò)通訊將上述信息傳遞給PLC，從而控制執(zhí)行系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人動(dòng)作，是智能生產(chǎn)中非常重要的一個(gè)組成部分。本文基于信捷SV4-30mL智能相機(jī)，研究機(jī)器視覺(jué)在分揀技術(shù)中的應(yīng)用。

1 系統(tǒng)硬件組成

通過(guò)Modbus-TCP通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)智能相機(jī)、PLC和工業(yè)機(jī)器人之間數(shù)據(jù)和信號(hào)交換，把相機(jī)識(shí)別的工件類(lèi)型、位置等特征數(shù)據(jù)傳遞給中央控制器，控制工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)生相應(yīng)的分揀動(dòng)作。

視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)由智能相機(jī)、鏡頭、光源控制器、光源等硬件組成，如圖1所示。相機(jī)選用信捷SV4-30mL系列，為智能化一體相機(jī)，通過(guò)內(nèi)含的CCD/CMOS 傳感器采集高質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)圖像，內(nèi)嵌數(shù)字圖像處理（DSP）芯片，能脫離PC 機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)算處理，PLC 在接收到相機(jī)的圖像處理結(jié)果后，進(jìn)行動(dòng)作輸出。

相機(jī)連接時(shí)，用交叉網(wǎng)線連接相機(jī)RJ45 網(wǎng)口與編程電腦，用SW-IO串口線連接相機(jī)DB15串口與電源控制器。

光源采用背光方式即光源在工件下面，當(dāng)工件運(yùn)行到相機(jī)下方拍照工位時(shí)，可以通過(guò)PLC程序利用手動(dòng)或者自動(dòng)方式給光源控制器輸入端一個(gè)觸發(fā)相機(jī)拍照。

2 相機(jī)軟件設(shè)定

根據(jù)相機(jī)固件對(duì)上位機(jī)軟件 X-Sight STUDIO進(jìn)行設(shè)定，選擇相應(yīng)的軟件版本并確定相機(jī)站號(hào)。通過(guò)焦距調(diào)節(jié)圖像的清晰度，通過(guò)光圈調(diào)節(jié)圖像的亮暗，從而使軟件窗口界面能清楚獲得工件輪廓形狀。

2.1 相機(jī)學(xué)習(xí)

連接相機(jī)后，在相機(jī)下方放置需要識(shí)別的物體，在放置物體的時(shí)候，盡量將物體放正，如果工具是矩形物體，使其兩條邊與相機(jī)坐標(biāo)系平行，以提高相機(jī)精度。利用圖案定位工具對(duì)工件樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，每個(gè)圖案定位工具都自帶有一個(gè)學(xué)習(xí)框，選中要識(shí)別的物體的幾何特征，然后點(diǎn)擊“學(xué)習(xí)”選項(xiàng)，完成后相機(jī)就具有了識(shí)別框中物體的能力。根據(jù)識(shí)別要求通過(guò)圖案工具參數(shù)可以調(diào)節(jié)相似度閾值和目標(biāo)搜索最大個(gè)數(shù)及目標(biāo)搜索角度，如圖2所示。

2.2 腳本編輯

如果是一次識(shí)別多個(gè)物體，計(jì)數(shù)工具的輸出結(jié)果如“目標(biāo)的重心坐標(biāo)集合”可以用動(dòng)態(tài)數(shù)組表示，如對(duì)于不同類(lèi)型的工件依次完成相機(jī)學(xué)習(xí)后，通過(guò)腳本程序?qū)⒆鴺?biāo)信息收集到一個(gè)數(shù)組中，完成輸出。添加變量工件類(lèi)型WpType、工件品質(zhì)WpQ、孔數(shù)WpHoleNum等，通過(guò)腳本程序可以判斷工件類(lèi)型、坐標(biāo)及是否為合格品等信息，部分腳本程序如下：

tool6.WpQ = 0;? //工件是否合格（0=不合格 1=合格）

tool6.WpType = 0;

if（tool3.Out.objectNum > 0 ）

{

tool6.WpType = 3;

if（tool5.Out.targetGroupNum == 3）

{

tool6.WpQ = 1; //合格

}

tool6.WpH=20;

tool6.WpX=tool3.Out.centroidPoint[0].x;

tool6.WpY=tool3.Out.centroidPoint[0].y;

tool6.WpA=tool3.Out.centroidPoint[0].angle;

}

2.3 Modbus配置輸出

通過(guò)Modbus配置將智能相機(jī)拍照數(shù)據(jù)按照相機(jī)存儲(chǔ)地址依次輸出，如圖3所示。根據(jù)相機(jī)采用外部X0端口觸發(fā)相機(jī)拍照，并通過(guò)Y4發(fā)出拍照完成信號(hào)，修改智能相機(jī)作業(yè)配置觸發(fā)方式為外部觸發(fā)，通過(guò)軟件界面“一鍵下載”將程序下載到相機(jī)。切換到“相機(jī)”界面，可以看出“仿真”與“相機(jī)”界面結(jié)果一致。

圖3 Modbus配置輸出

2.4 PLC程序處理

由于相機(jī)與PLC處理的數(shù)據(jù)類(lèi)型不一致，如相機(jī)拍照獲得的數(shù)據(jù)單位是像素，與實(shí)際尺寸之間需要通過(guò)相機(jī)系數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換?？梢栽谖鏖T(mén)子博途軟件中編寫(xiě)相機(jī)通訊、相機(jī)運(yùn)行、工件類(lèi)型轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存等程序塊，完成數(shù)據(jù)處理才能將智能相機(jī)拍照獲得的有效信息如工件類(lèi)型、坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)角度等傳遞給PLC，同時(shí)需要編寫(xiě)機(jī)器人程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)相機(jī)數(shù)據(jù)的調(diào)用從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人對(duì)不同類(lèi)型，不同位置的產(chǎn)品進(jìn)行智能分揀。

3 測(cè)試

編寫(xiě)視覺(jué)系統(tǒng)人機(jī)界面，可以將工件信息包括位置、角度和工件編號(hào)等顯示在觸摸屏HMI上，如圖4所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，智能相機(jī)系統(tǒng)能夠快速的完成拍照并顯示工件信息，工業(yè)機(jī)器人能準(zhǔn)確的完成分揀作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于智能相機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)硬件設(shè)置、相機(jī)學(xué)習(xí)、腳本編寫(xiě)、Modbus配置輸出及PLC程序編寫(xiě)，能快速準(zhǔn)確完成對(duì)工件信息的提取并傳遞給主控PLC從而控制工業(yè)機(jī)器人完成分揀，并通過(guò)相機(jī)學(xué)習(xí)和腳本程序可以實(shí)現(xiàn)殘缺件的識(shí)別，提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度，對(duì)于產(chǎn)品的智能分揀有著非常重要的意義。

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Research and Application of Sorting Technology Based on Smart Camera

XIE Chao-ming

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Hubei Vocational and Technical College， Xiaogan Hubei? 432000）

Abstract： In view of the shortcomings of the traditional sorting operation， the industrial robot adopts the teaching programming program， which is difficult to modify and low in efficiency. It is proposed to use a smart camera， PLC and industrial robot to construct a visual recognition system， which can quickly and accurately judge the type and position of the workpiece and provide it to the Industrial robots achieve intelligent sorting， increasing flexibility and productivity.

Keywords：? smart camera; sorting; vision