淺析omron視覺(jué)系統(tǒng)F150在玻錐行業(yè)中的應(yīng)用
視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)是建立在計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究基礎(chǔ)上的一門(mén)新興檢測(cè)技術(shù),介紹omron視覺(jué)系統(tǒng)F150在安飛電子玻璃有限責(zé)任公司玻錐生產(chǎn)線(xiàn)上的應(yīng)用。系統(tǒng)控制器通過(guò)專(zhuān)用信號(hào)線(xiàn)與攝像機(jī)及光源裝置相連,使用者可手持編程器,在顯示器上選擇測(cè)量模式,檢查區(qū)域及設(shè)定檢查條件。最后在控制器中產(chǎn)生特定信號(hào),由omron PLC接收控制執(zhí)行元件產(chǎn)生程序要求的動(dòng)作,完成取像、檢測(cè)、執(zhí)行等動(dòng)作。系統(tǒng)的使用包括判斷條件設(shè)置、檢查項(xiàng)目和領(lǐng)域設(shè)定、測(cè)量并輸出顯示等。
1 引言
機(jī)器視覺(jué)技術(shù)作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要分支,在近三十年中有迅速的發(fā)展。由于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以快速獲取大量信息并自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,易于設(shè)計(jì)信息及加工控制信息集成。因此在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中,機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)被廣泛用于工業(yè)監(jiān)視、成品檢驗(yàn)、質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)測(cè)量等領(lǐng)域。工業(yè)視覺(jué)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)自動(dòng)化的基礎(chǔ)技術(shù),尤其是要求高速化或人工視覺(jué)難以滿(mǎn)足要求的場(chǎng)合,常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)。玻錐生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化程度很高,目前用視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)取代人工進(jìn)行檢測(cè)不僅可以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,而且能減少次品和提高生產(chǎn)效率。但是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)也有它的局限性,因此對(duì)于不同的檢測(cè)對(duì)象或不同的工藝要求要具體分析,采取不同的檢測(cè)方案。故在此介紹在安飛公司的玻殼生產(chǎn)線(xiàn)中采用機(jī)器視覺(jué)取代人工視覺(jué)進(jìn)行檢測(cè)的應(yīng)用方法。
2 歐姆龍 F150視覺(jué)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
(1)基本原理:機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)通常采用CCD(Charge Couple Device)。攝像機(jī)攝取檢測(cè)圖像并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),再采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)對(duì)圖像數(shù)字信號(hào)處理,得到所需的目標(biāo)圖像特定值,并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別、坐標(biāo)計(jì)算、灰度分布圖等功能。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)能夠根據(jù)檢測(cè)結(jié)果快速的顯示圖像、輸出數(shù)據(jù)、發(fā)布指令。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可配合其完成位置調(diào)整、好壞篩選、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等自動(dòng)化流程。與人工視覺(jué)相比,機(jī)器視覺(jué)最大的'優(yōu)點(diǎn)是精確、快速、可靠、穩(wěn)定以及信息數(shù)字化。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要由圖像的獲取、圖像的處理和輸出顯示組成。
圖像獲取設(shè)備包括光源、攝像機(jī)等,其中關(guān)鍵的部件為攝像機(jī)中的CCD由分布于其上的各個(gè)像元光敏二極管的線(xiàn)性陣列或矩形陣列構(gòu)成,通過(guò)順序輸出每個(gè)二極管的電壓脈沖,實(shí)現(xiàn)將圖像光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的目的。輸出的電壓脈沖序列可以直接以RS-170制式輸入標(biāo)準(zhǔn)顯示器,或者輸入計(jì)算機(jī)的內(nèi)存進(jìn)行數(shù)值化處理。CCD是目前最常用的機(jī)器視覺(jué)傳感器,圖像處理設(shè)備包括相應(yīng)的軟件和硬件系統(tǒng)。輸出設(shè)備與過(guò)程相連,包括監(jiān)視界面、過(guò)程控制器和報(bào)警裝置等。攝像數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和故障圖形的分析和比較,若發(fā)現(xiàn)不良產(chǎn)品,則發(fā)出NG信號(hào)報(bào)警,并通知PLC進(jìn)行下一步處理。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的結(jié)果可以作為計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量CAQ(Computer Aided Quality)系統(tǒng)的信息來(lái)源,也可以和其他控制系統(tǒng)集成。
(2)主要性能指標(biāo):安飛公司玻錐生產(chǎn)線(xiàn)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)采用歐姆龍公司的F150視覺(jué)傳感器。系統(tǒng)像素為512×480,可以記錄二十三個(gè)個(gè)不同物件的標(biāo)準(zhǔn)畫(huà)面,存儲(chǔ)二十三個(gè)畫(huà)面不合格物件圖像,即可確定二十三種不合格的情況,以便于在生產(chǎn)中進(jìn)行比較和回饋。圖像處理采用二值化方法。數(shù)據(jù)及圖像的存儲(chǔ)通過(guò)RS232接口與PLC相連。攝影機(jī)和光源裝置為F150-C1×E-C型。其中攝影機(jī)部分為1/3寸CCD攝像元件,電子快門(mén)有1/100、1/500、1/2000、1/10000s等多種選擇。檢測(cè)范圍為50mm×50mm。
(3)系統(tǒng)基本構(gòu)成:系統(tǒng)中起核心作用的是控制器,基于二值化和灰度理論,可處理CCD鏡頭以像素為單位由光信號(hào)轉(zhuǎn)換而來(lái)的電信號(hào),并提供測(cè)量模式、輸入輸出和通信手段�？刂破魍ㄟ^(guò)專(zhuān)用信號(hào)線(xiàn)與攝像機(jī)相連。使用者可手持編程器在顯示器上選擇測(cè)量模式,檢查區(qū)域及設(shè)定檢查條件。最后在控制器中產(chǎn)生特定信號(hào),由可編程控制器接收,控制執(zhí)行元件完成特定的動(dòng)作如取像、檢測(cè)、執(zhí)行等。
視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
3 系統(tǒng)應(yīng)用
(1)硬件連接。
(2)通訊參數(shù)設(shè)置:通訊方式:RS232,傳輸速率:9600bps,傳輸字長(zhǎng):8位,停止位:1位,奇偶校驗(yàn):無(wú)。
(3)判斷條件設(shè)置:為使攝像機(jī)得到更準(zhǔn)確的測(cè)量值,需先將待測(cè)物體放在照相機(jī)與光源中間,并在照相機(jī)的視野范圍內(nèi)調(diào)整光源強(qiáng)度,之后由檢測(cè)物自身的形狀、顏色及透光度來(lái)設(shè)定快門(mén)速度(shutter speed )、濾波( filitering)和背景抑制級(jí)別( BGS Levels ),設(shè)定好后必須能夠看清楚被檢測(cè)物的輪廓,并且輪廓邊緣不能閃爍,否則攝像機(jī)將不能檢測(cè)到理想效果。在安飛公司中攝像機(jī)快門(mén)速度設(shè)為1/2000S,濾波設(shè)為強(qiáng)過(guò)濾,背景抑制級(jí)別上限取255下限取156。
(4)檢查項(xiàng)目和領(lǐng)域設(shè)定:接著設(shè)定搜索領(lǐng)域(region),進(jìn)行方向、顏色、邊緣層和位置的設(shè)定,之后進(jìn)入位置補(bǔ)償(position compensation)調(diào)節(jié)補(bǔ)償區(qū)域及方向,最后進(jìn)入數(shù)據(jù)(date)中設(shè)置表達(dá)式,在此表達(dá)式設(shè)為R1.EG-R0.EG。以上設(shè)置結(jié)束后存儲(chǔ)設(shè)定內(nèi)容,將模式更換為運(yùn)行(RUN)模式進(jìn)行檢測(cè)。使用者可以手持式編程器的觸發(fā)按鍵{Trigger})進(jìn)行單次的測(cè)量,也可以通過(guò)可編程控制器發(fā)出“開(kāi)始檢測(cè)(MEASURE/C) ”命令來(lái)進(jìn)行觸發(fā)測(cè)量,用“結(jié)束檢測(cè) (MEASURE/E) ”來(lái)結(jié)束測(cè)量。在安飛公司的玻錐生產(chǎn)中就采用了后一種方法,數(shù)據(jù)將根據(jù)需要進(jìn)行顯示并傳輸?shù)娇删幊炭刂破鳌?/p>
(5)攝像機(jī)檢測(cè)主菜單如下:
(6)系統(tǒng)功能。
本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能如下:攝像機(jī)共進(jìn)行兩次照相首次照相首先檢測(cè)切割完小頭的玻錐,檢測(cè)切割是否成功。當(dāng)檢測(cè)值不在預(yù)設(shè)的正常值范圍內(nèi)時(shí)顯示器顯示NG符號(hào),同時(shí)PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào)將產(chǎn)品排除生產(chǎn)線(xiàn)。當(dāng)檢測(cè)正常時(shí),程序正常進(jìn)行,攝像機(jī)檢測(cè)的數(shù)據(jù)自動(dòng)顯示在顯示屏上,之后PLC使管徑下移,照相機(jī)二次照相照出錐體與管徑的間距,將數(shù)據(jù)傳送至PLC,由PLC進(jìn)行下一步處理并在顯示屏上刷新數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中,我們注意到光源的亮度對(duì)生產(chǎn)的影響很大,當(dāng)亮度過(guò)高時(shí)由于反光會(huì)造成檢測(cè)誤差,而過(guò)低時(shí)則不會(huì)正常顯像。
4 結(jié)語(yǔ)
OMRON公司的F150視覺(jué)傳感器自在安飛公司玻錐生產(chǎn)線(xiàn)應(yīng)用以來(lái),系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。其測(cè)量精度可以達(dá)到±0.001mm,完全達(dá)到生產(chǎn)工藝要求。該方法方便、快捷、有效地實(shí)現(xiàn)玻錐與管徑間的測(cè)量。本系統(tǒng)采用的是歐姆龍公司中端的F150系統(tǒng),而其最新推出的F160系統(tǒng),則可以滿(mǎn)足更高端的指標(biāo)要求,但同時(shí)成本會(huì)也有一定的提高。使用者可結(jié)合不同檢測(cè)系統(tǒng)的成本及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求,比較靈活的采用不同的系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
[1]趙守忠.傳感器技術(shù)及其應(yīng)用[M].合肥:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,1997.
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