欧姆龙Ｆ１５０视觉传感器在玻锥行业中的应用分析
1 引言
机器视觉技术作为计算机科学的一个重要分支,在近三十年中有迅速的发展。由于机器视觉系统可以快速获取大量信息并自动进行数据处理,易于设计信息及加工控制信息集成。因此在现代自动化生产过程中,机器视觉系统被广泛用于工业监视、成品检验、质量控制和数据测量等领域。工业视觉系统是实现现场工业自动化的基础技术,尤其是要求高速化或人工视觉难以满足要求的场合,常用机器视觉来替代人工视觉。玻锥生产线的自动化程度很高,目前用视觉识别系统取代人工进行检测不仅可以减轻工人劳动强度,而且能减少次品和提高生产效率。但是机器视觉系统也有它的局限性,因此对于不同的检测对象或不同的工艺要求要具体分析,采取不同的检测方案。故在此介绍在安飞公司的玻壳生产线中采用机器视觉取代人工视觉进行检测的应用方法。
2 欧姆龙 F150视觉系统简介
(1)基本原理:机器视觉检测系统通常采用CCD(Charge Couple Device)。摄像机摄取检测图像并将其转化为数字信号,再采用先进的计算机硬件与软件技术对图像数字信号处理,得到所需的目标图像特定值,并在此基础上实现模式识别、坐标计算、灰度分布图等功能。机器视觉检测系统能够根据检测结果快速的显示图像、输出数据、发布指令。执行机构可配合其完成位置调整、好坏筛选、数据统计等自动化流程。与人工视觉相比,机器视觉最大的优点是精确、快速、可靠、稳定以及信息数字化。机器视觉系统主要由图像的获取、图像的处理和输出显示组成。
图像获取设备包括光源、摄像机等,其中关键的部件为摄像机中的CCD由分布于其上的各个像元光敏二极管的线性阵列或矩形阵列构成,通过顺序输出每个二极管的电压脉冲,实现将图像光信号转换成电信号的目的。输出的电压脉冲序列可以直接以RS-170制式输入标准显示器,或者输入计算机的.内存进行数值化处理。CCD是目前最常用的机器视觉传感器,图像处理设备包括相应的软件和硬件系统。输出设备与过程相连,包括监视界面、过程控制器和报警装置等。摄像数据通过计算机对标准和故障图形的分析和比较,若发现不良产品,则发出NG信号报警,并通知PLC进行下一步处理。机器视觉检测的结果可以作为计算机辅助质量CAQ(Computer Aided Quality)系统的信息来源,也可以和其他控制系统集成。
(2)主要性能指标:安飞公司玻锥生产线视觉检测系统采用欧姆龙公司的F150视觉传感器。系统像素为512×480,可以记录二十三个个不同物件的标准画面,存储二十三个画面不合格物件图像,即可确定二十三种不合格的情况,以便于在生产中进行比较和回馈。图像处理采用二值化方法。数据及图像的存储通过RS232接口与PLC相连。摄影机和光源装置为F150-C1×E-C型。其中摄影机部分为1/3寸CCD摄像元件,电子快门有1/100、1/500、1/2000、1/10000s等多种选择。检测范围为50mm×50mm。
(3)系统基本构成:系统中起核心作用的是控制器,基于二值化和灰度理论,可处理CCD镜头以像素为单位由光信号转换而来的电信号,并提供测量模式、输入输出和通信手段。控制器通过专用信号线与摄像机相连。使用者可手持编程器在显示器上选择测量模式,检查区域及设定检查条件。最后在控制器中产生特定信号,由可编程控制器接收,控制执行元件完成特定的动作如取像、检测、执行等。
视觉检测系统的基本结构如图1。
3 系统应用
(1)硬件连接(如图2) 。
(2)通讯参数设置:通讯方式:RS232,传输速率:9600bps,传输字长:8位,停止位:1位,奇偶校验:无。
(3)判断条件设置:为使摄像机得到更准确的测量值,需先将待测物体放在照相机与光源中间,并在照相机的视野范围内调整光源强度,之后由检测物自身的形状、颜色及透光度来设定快门速度(shutter speed )、滤波( filitering)和背景抑制级别( BGS Levels ),设定好后必须能够看清楚被检测物的轮廓,并且轮廓边缘不能闪烁,否则摄像机将不能检测到理想效果。在安飞公司中摄像机快门速度设为1/2000S,滤波设为强过滤,背景抑制级别上限取255下限取156。
(4)检查项目和领域设定:接着设定搜索领域(region),进行方向、颜色、边缘层和位置的设定,之后进入位置补偿(position compensation)调节补偿区域及方向,最后进入数据(date)中设置表达式,在此表达式设为R1.EG-R0.EG。以上设置结束后存储设定内容,将模式更换为运行(RUN)模式进行检测。使用者可以手持式编程器的触发按键{Trigger})进行单次的测量,也可以通过可编程控制器发出“开始检测(MEASURE/C) ”命令来进行触发测量,用“结束检测 (MEASURE/E) ”来结束测量。在安飞公司的玻锥生产中就采用了后一种方法,数据将根据需要进行显示并传输到可编程控制器。
(5)摄像机检测主菜单如下:
(6)系统功能。
本系统主要实现的功能如下:摄像机共进行两次照相首次照相首先检测切割完小头的玻锥,检测切割是否成功。当检测值不在预设的正常值范围内时显示器显示NG符号,同时PLC发出报警信号将产品排除生产线。当检测正常时,程序正常进行,摄像机检测的数据自动显示在显示屏上,之后PLC使管径下移,照相机二次照相照出锥体与管径的间距,将数据传送至PLC,由PLC进行下一步处理并在显示屏上刷新数据。在实际应用中,我们注意到光源的亮度对生产的影响很大,当亮度过高时由于反光会造成检测误差,而过低时则不会正常显像。
4 结语
OMRON公司的F150视觉传感器自在安飞公司玻锥生产线应用以来,系统运行稳定、可靠。其测量精度可以达到±0.001mm,完全达到生产工艺要求。该方法方便、快捷、有效地实现玻锥与管径间的测量。本系统采用的是欧姆龙公司中端的F150系统,而其最新推出的F160系统,则可以满足更高端的指标要求,但同时成本会也有一定的提高。使用者可结合不同检测系统的成本及工业现场实际要求,比较灵活的采用不同的系统。
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