基于機(jī)器視覺(jué)工作分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與組態(tài)

摘要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展、科技的進(jìn)步，自動(dòng)分揀系統(tǒng)越來(lái)越便捷、可靠。工業(yè)生產(chǎn)上很多流水線(xiàn)采用自動(dòng)分揀系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要采用歐姆龍機(jī)器視覺(jué)FZ5系統(tǒng)及三菱FX3U系列PLC，對(duì)自動(dòng)分揀系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一套具備機(jī)器視覺(jué)、性能高、可靠性強(qiáng)的、以PLC控制為核心的自動(dòng)分揀系統(tǒng)，提高了分揀的工作效率、降低了成本、節(jié)省了勞動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué);PLC;自動(dòng)分揀

中圖分類(lèi)號(hào)：TP312 ? 文獻(xiàn)識(shí)別碼：B

文章編號(hào)：1009-3044（2022）02-0120-02

1 引言

在工業(yè)生產(chǎn)不斷進(jìn)步的過(guò)程中，分揀扮演了一個(gè)非常重要的角色。本套自動(dòng)分揀裝置結(jié)合歐姆龍F(tuán)Z5機(jī)器視覺(jué)和傳感器技術(shù)，在獲取各類(lèi)信息后進(jìn)行分析后，采用氣動(dòng)裝置、變頻器、PLC和MCGS組態(tài)監(jiān)控等技術(shù)達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)控制的目的。

自動(dòng)分揀系統(tǒng)主要由傳送帶、三相交流異步電動(dòng)機(jī)、伺服電機(jī)、PLC、傳感器、氣閥等部件組成?？梢詫?duì)物體的顏色、使用材料材質(zhì)、形狀進(jìn)行判別，從而實(shí)現(xiàn)不同物體的自動(dòng)分揀。

2 視覺(jué)設(shè)備選擇

本設(shè)計(jì)采用歐姆龍的一套完整視覺(jué)設(shè)備：FZ5機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。它包含了工業(yè)相機(jī)、光源、視覺(jué)顯示器和控制器等。主要用來(lái)辨別物料的特征，本設(shè)計(jì)主要獲取被測(cè)物的顏色特征。這套機(jī)器視覺(jué)設(shè)備可以由I/O電纜連接三菱PLC來(lái)構(gòu)建通信，同時(shí)也支持串行總線(xiàn)連接通信，生成傳輸檢測(cè)結(jié)果和數(shù)據(jù)。

歐姆龍F(tuán)Z5系統(tǒng)的工作機(jī)制如下：首先利用工業(yè)相機(jī)把目標(biāo)測(cè)得的物體轉(zhuǎn)化成圖像信號(hào)。然后將這一系列信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到圖像處理的系統(tǒng)中，圖像處理系統(tǒng)就可以自動(dòng)將顏色、亮度和色素分布信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào);圖像處理系統(tǒng)再對(duì)圖像做出一套運(yùn)算以及提取檢測(cè)目標(biāo)測(cè)得物體的特征。最后，將原先設(shè)定好的條件值與目標(biāo)測(cè)得的物體的特性值對(duì)比，從而獲得所需要的有關(guān)信息[1]。

如圖1所示，視覺(jué)單元的主要作用是使用鏡頭和光源配合采集所需要檢測(cè)的圖像信息，目的是為視覺(jué)系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)[2];PLC隨后接受檢測(cè)系統(tǒng)所發(fā)來(lái)的信息，發(fā)送拍照信息回去給相機(jī)，然后光電傳感器分辨不同材質(zhì)的物料，將判斷信息發(fā)送給PLC從而控制氣缸推出;計(jì)算機(jī)的主要作用則是對(duì)PLC的程序進(jìn)行編寫(xiě)。

3 自動(dòng)分揀硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要由機(jī)器視覺(jué)控制系統(tǒng)、三菱PLC系統(tǒng)以及物料分揀系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀。將機(jī)器視覺(jué)FZ5與傳統(tǒng)三菱PLC結(jié)合，使用氣動(dòng)裝置、變頻器、PLC和組態(tài)監(jiān)控等技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)分揀。分揀機(jī)構(gòu)由氣動(dòng)設(shè)備和電氣部件構(gòu)成;氣動(dòng)器件則由氣缸，空氣壓縮機(jī)等構(gòu)建而成;電氣元件部分則由三菱FX3U系列PLC、物料材質(zhì)辨別的各類(lèi)傳感器，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)組件，三相異步電動(dòng)機(jī)，電磁閥和開(kāi)關(guān)電源等構(gòu)成[3]。當(dāng)物料通過(guò)工業(yè)相機(jī)和傳感器時(shí)進(jìn)行物料顏色和材質(zhì)的辨別，再通過(guò)PLC進(jìn)行在傳送帶上實(shí)現(xiàn)分揀的自動(dòng)控制，最后進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，如圖2所示。

設(shè)計(jì)使用的三菱AC伺服MELSERVO-J4系列伺服電機(jī)。相對(duì)于以前使用的伺服系統(tǒng)，三菱AC伺服機(jī)器有著更為豐富的功能和更強(qiáng)的穩(wěn)定性。此系列的伺服系統(tǒng)含有三個(gè)模式：速度控制、位置控制和轉(zhuǎn)矩的控制。如果處在位置控制階段時(shí)候，那么就有4Mps高速指令脈沖輸入，他的速度是超級(jí)快，因此此類(lèi)系列的伺服系統(tǒng)大范圍主要使用在各種需要高精度的機(jī)械工作中。伺服系統(tǒng)應(yīng)用于伺服電機(jī)中，伺服電機(jī)的使用為了能夠隨時(shí)掌握機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，然后使用輔助馬達(dá)讓其進(jìn)行變速，最根本的是按照輸入信號(hào)的信息接收轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，隨即開(kāi)始反應(yīng)，絕大多數(shù)情況下當(dāng)作執(zhí)行元件，且線(xiàn)性度高這一特點(diǎn)，很容易將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成需要的位移或者角速度信號(hào)進(jìn)行輸出。如果電壓持續(xù)在零的時(shí)候沒(méi)有發(fā)生自轉(zhuǎn)的情況，那它的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著轉(zhuǎn)矩增加勻速下降。伺服電動(dòng)機(jī)接線(xiàn)圖[4]如圖3所示。

使用的傳感器有光電傳感器和電感式傳感器（檢測(cè)金屬）。三線(xiàn)制傳感器的接線(xiàn)圖如圖4所示。

4 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

人機(jī)界面是目前工業(yè)控制中使用比較多的一種設(shè)施。它主要用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、前端數(shù)據(jù)的處理與控制。本次設(shè)計(jì)選用的是昆侖通態(tài)TPC7062i系列的觸摸屏，采用MCGS嵌入版7.7版本的MCGS軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)對(duì)于觸摸屏的組態(tài)與操作。根據(jù)設(shè)計(jì)采用三菱FX3U系列PLC進(jìn)行編程[5]。設(shè)計(jì)界面如圖5所示。

在進(jìn)行正確參數(shù)設(shè)置和工程下載完畢后，使用MCGS觸摸屏進(jìn)行可編程控制器和生產(chǎn)設(shè)備的操作。用戶(hù)界面的啟動(dòng)按鈕在觸摸屏上進(jìn)行觸摸選擇，隨即生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)始運(yùn)作，PLC進(jìn)行通訊運(yùn)行，觸摸屏所有相關(guān)的指示燈會(huì)進(jìn)行顯示，觸摸界面的各類(lèi)設(shè)備也會(huì)同步運(yùn)行，各類(lèi)氣缸根據(jù)PLC指示進(jìn)行推出縮回操作時(shí)，指示燈也會(huì)相應(yīng)顯示。值得注意的是在通訊測(cè)試運(yùn)行時(shí)不能對(duì)PLC進(jìn)行修改寫(xiě)入，要停止運(yùn)行才能使得PLC能夠通信，在不斷調(diào)試過(guò)程中取得相應(yīng)的動(dòng)態(tài)畫(huà)面。

5 總結(jié)

本次分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對(duì)PLC控制技術(shù)、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)、MCGS觸摸屏技術(shù)、傳感器技術(shù)、伺服電機(jī)等技術(shù)的綜合應(yīng)用。分揀系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)、安全穩(wěn)定等特點(diǎn)。適用于中小型生產(chǎn)線(xiàn)企業(yè)，它可以在一定程度上減少殘次品的出現(xiàn)，減少與先進(jìn)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)出產(chǎn)品的質(zhì)量差距。大大減少了人工的成本及人工生產(chǎn)帶來(lái)的誤差，增加了自己企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊紅軍，胡國(guó)宇.基于機(jī)器視覺(jué)的物品分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].武漢輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，2020，39（5）：84-89，119.

[2] 韓洪元.基于機(jī)器視覺(jué)的快速分揀食品包裝系統(tǒng)研究[J].肉類(lèi)研究，2020，34（6）：105.

[3] 胡國(guó)宇.基于機(jī)器視覺(jué)的物料分揀搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].武漢：武漢輕工大學(xué)，2020.

[4] 趙吉清.基于機(jī)器視覺(jué)的機(jī)器人分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電工技術(shù)，2020（6）：24-25，28.

[5] 唐詠.基于歐姆龍F(tuán)Z-SC機(jī)器視覺(jué)的硬幣檢測(cè)與分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2020，16（4）：168-170.

【通聯(lián)編輯：梁書(shū)】

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