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淺析omron視覺系統(tǒng)F150在玻錐行業(yè)中的應(yīng)用
視覺檢測技術(shù)是建立在計算機視覺研究基礎(chǔ)上的一門新興檢測技術(shù),介紹omron視覺系統(tǒng)F150在安飛電子玻璃有限責(zé)任公司玻錐生產(chǎn)線上的應(yīng)用。系統(tǒng)控制器通過專用信號線與攝像機及光源裝置相連,使用者可手持編程器,在顯示器上選擇測量模式,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,由omron PLC接收控制執(zhí)行元件產(chǎn)生程序要求的動作,完成取像、檢測、執(zhí)行等動作。系統(tǒng)的使用包括判斷條件設(shè)置、檢查項目和領(lǐng)域設(shè)定、測量并輸出顯示等。
1 引言
機器視覺技術(shù)作為計算機科學(xué)的一個重要分支,在近三十年中有迅速的發(fā)展。由于機器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息并自動進行數(shù)據(jù)處理,易于設(shè)計信息及加工控制信息集成。因此在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中,機器視覺系統(tǒng)被廣泛用于工業(yè)監(jiān)視、成品檢驗、質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)測量等領(lǐng)域。工業(yè)視覺系統(tǒng)是實現(xiàn)現(xiàn)場工業(yè)自動化的基礎(chǔ)技術(shù),尤其是要求高速化或人工視覺難以滿足要求的場合,常用機器視覺來替代人工視覺。玻錐生產(chǎn)線的自動化程度很高,目前用視覺識別系統(tǒng)取代人工進行檢測不僅可以減輕工人勞動強度,而且能減少次品和提高生產(chǎn)效率。但是機器視覺系統(tǒng)也有它的局限性,因此對于不同的檢測對象或不同的工藝要求要具體分析,采取不同的檢測方案。故在此介紹在安飛公司的玻殼生產(chǎn)線中采用機器視覺取代人工視覺進行檢測的應(yīng)用方法。
2 歐姆龍 F150視覺系統(tǒng)簡介
(1)基本原理:機器視覺檢測系統(tǒng)通常采用CCD(Charge Couple Device)。攝像機攝取檢測圖像并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,再采用先進的計算機硬件與軟件技術(shù)對圖像數(shù)字信號處理,得到所需的目標(biāo)圖像特定值,并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)模式識別、坐標(biāo)計算、灰度分布圖等功能。機器視覺檢測系統(tǒng)能夠根據(jù)檢測結(jié)果快速的顯示圖像、輸出數(shù)據(jù)、發(fā)布指令。執(zhí)行機構(gòu)可配合其完成位置調(diào)整、好壞篩選、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等自動化流程。與人工視覺相比,機器視覺最大的優(yōu)點是精確、快速、可靠、穩(wěn)定以及信息數(shù)字化。機器視覺系統(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、攝像機等,其中關(guān)鍵的部件為攝像機中的CCD由分布于其上的各個像元光敏二極管的線性陣列或矩形陣列構(gòu)成,通過順序輸出每個二極管的電壓脈沖,實現(xiàn)將圖像光信號轉(zhuǎn)換成電信號的目的。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,或者輸入計算機的內(nèi)存進行數(shù)值化處理。CCD是目前最常用的機器視覺傳感器,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)備與過程相連,包括監(jiān)視界面、過程控制器和報警裝置等。攝像數(shù)據(jù)通過計算機對標(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信號報警,并通知PLC進行下一步處理。機器視覺檢測的結(jié)果可以作為計算機輔助質(zhì)量CAQ(Computer Aided Quality)系統(tǒng)的信息來源,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)線視覺檢測系統(tǒng)采用歐姆龍公司的F150視覺傳感器。系統(tǒng)像素為512×480,可以記錄二十三個個不同物件的標(biāo)準(zhǔn)畫面,存儲二十三個畫面不合格物件圖像,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)及圖像的存儲通過RS232接口與PLC相連。攝影機和光源裝置為F150-C1×E-C型。其中攝影機部分為1/3寸CCD攝像元件,電子快門有1/100、1/500、1/2000、1/10000s等多種選擇。檢測范圍為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轉(zhuǎn)換而來的電信號,并提供測量模式、輸入輸出和通信手段�？刂破魍ㄟ^專用信號線與攝像機相連。使用者可手持編程器在顯示器上選擇測量模式,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,由可編程控制器接收,控制執(zhí)行元件完成特定的動作如取像、檢測、執(zhí)行等。
視覺檢測系統(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:8位,停止位:1位,奇偶校驗:無。
(3)判斷條件設(shè)置:為使攝像機得到更準(zhǔn)確的測量值,需先將待測物體放在照相機與光源中間,并在照相機的視野范圍內(nèi)調(diào)整光源強度,之后由檢測物自身的形狀、顏色及透光度來設(shè)定快門速度(shutter speed )、濾波( filitering)和背景抑制級別( BGS Levels ),設(shè)定好后必須能夠看清楚被檢測物的輪廓,并且輪廓邊緣不能閃爍,否則攝像機將不能檢測到理想效果。在安飛公司中攝像機快門速度設(shè)為1/2000S,濾波設(shè)為強過濾,背景抑制級別上限取255下限取156。
(4)檢查項目和領(lǐng)域設(shè)定:接著設(shè)定搜索領(lǐng)域(region),進行方向、顏色、邊緣層和位置的設(shè)定,之后進入位置補償(position compensation)調(diào)節(jié)補償區(qū)域及方向,最后進入數(shù)據(jù)(date)中設(shè)置表達式,在此表達式設(shè)為R1.EG-R0.EG。以上設(shè)置結(jié)束后存儲設(shè)定內(nèi)容,將模式更換為運行(RUN)模式進行檢測。使用者可以手持式編程器的觸發(fā)按鍵{Trigger})進行單次的測量,也可以通過可編程控制器發(fā)出“開始檢測(MEASURE/C) ”命令來進行觸發(fā)測量,用“結(jié)束檢測 (MEASURE/E) ”來結(jié)束測量。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)需要進行顯示并傳輸?shù)娇删幊炭刂破鳌?/p>
(5)攝像機檢測主菜單如下:
(6)系統(tǒng)功能。
本系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能如下:攝像機共進行兩次照相首次照相首先檢測切割完小頭的玻錐,檢測切割是否成功。當(dāng)檢測值不在預(yù)設(shè)的正常值范圍內(nèi)時顯示器顯示NG符號,同時PLC發(fā)出報警信號將產(chǎn)品排除生產(chǎn)線。當(dāng)檢測正常時,程序正常進行,攝像機檢測的數(shù)據(jù)自動顯示在顯示屏上,之后PLC使管徑下移,照相機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進行下一步處理并在顯示屏上刷新數(shù)據(jù)。在實際應(yīng)用中,我們注意到光源的亮度對生產(chǎn)的影響很大,當(dāng)亮度過高時由于反光會造成檢測誤差,而過低時則不會正常顯像。
4 結(jié)語
OMRON公司的F150視覺傳感器自在安飛公司玻錐生產(chǎn)線應(yīng)用以來,系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。其測量精度可以達到±0.001mm,完全達到生產(chǎn)工藝要求。該方法方便、快捷、有效地實現(xiàn)玻錐與管徑間的測量。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),則可以滿足更高端的指標(biāo)要求,但同時成本會也有一定的提高。使用者可結(jié)合不同檢測系統(tǒng)的成本及工業(yè)現(xiàn)場實際要求,比較靈活的采用不同的系統(tǒng)。
參考文獻
[1]趙守忠.傳感器技術(shù)及其應(yīng)用[M].合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,1997.
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