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淺析omron視覺系統F150在玻錐行業中的應用
視覺檢測技術是建立在計算機視覺研究基礎上的一門新興檢測技術,介紹omron視覺系統F150在安飛電子玻璃有限責任公司玻錐生產線上的應用。系統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,檢查區域及設定檢查條件。最后在控制器中產生特定信號,由omron PLC接收控制執行元件產生程序要求的動作,完成取像、檢測、執行等動作。系統的使用包括判斷條件設置、檢查項目和領域設定、測量并輸出顯示等。
1 引言
機器視覺技術作為計算機科學的一個重要分支,在近三十年中有迅速的發展。由于機器視覺系統可以快速獲取大量信息并自動進行數據處理,易于設計信息及加工控制信息集成。因此在現代自動化生產過程中,機器視覺系統被廣泛用于工業監視、成品檢驗、質量控制和數據測量等領域。工業視覺系統是實現現場工業自動化的基礎技術,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。玻錐生產線的自動化程度很高,目前用視覺識別系統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效率。但是機器視覺系統也有它的局限性,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線中采用機器視覺取代人工視覺進行檢測的應用方法。
2 歐姆龍 F150視覺系統簡介
(1)基本原理:機器視覺檢測系統通常采用CCD(Charge Couple Device)。攝像機攝取檢測圖像并將其轉化為數字信號,再采用先進的計算機硬件與軟件技術對圖像數字信號處理,得到所需的目標圖像特定值,并在此基礎上實現模式識別、坐標計算、灰度分布圖等功能。機器視覺檢測系統能夠根據檢測結果快速的顯示圖像、輸出數據、發布指令。執行機構可配合其完成位置調整、好壞篩選、數據統計等自動化流程。與人工視覺相比,機器視覺最大的優點是精確、快速、可靠、穩定以及信息數字化。機器視覺系統主要由圖像的獲取、圖像的處理和輸出顯示組成。
圖像獲取設備包括光源、攝像機等,其中關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成,通過順序輸出每個二極管的電壓脈沖,實現將圖像光信號轉換成電信號的目的。輸出的電壓脈沖序列可以直接以RS-170制式輸入標準顯示器,或者輸入計算機的內存進行數值化處理。CCD是目前最常用的機器視覺傳感器,圖像處理設備包括相應的軟件和硬件系統。輸出設備與過程相連,包括監視界面、過程控制器和報警裝置等。攝像數據通過計算機對標準和故障圖形的分析和比較,若發現不良產品,則發出NG信號報警,并通知PLC進行下一步處理。機器視覺檢測的結果可以作為計算機輔助質量CAQ(Computer Aided Quality)系統的信息來源,也可以和其他控制系統集成。
(2)主要性能指標:安飛公司玻錐生產線視覺檢測系統采用歐姆龍公司的F150視覺傳感器。系統像素為512×480,可以記錄二十三個個不同物件的標準畫面,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,以便于在生產中進行比較和回饋。圖像處理采用二值化方法。數據及圖像的存儲通過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)系統基本構成:系統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換而來的電信號,并提供測量模式、輸入輸出和通信手段。控制器通過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,檢查區域及設定檢查條件。最后在控制器中產生特定信號,由可編程控制器接收,控制執行元件完成特定的動作如取像、檢測、執行等。
視覺檢測系統的基本結構
3 系統應用
(1)硬件連接。
(2)通訊參數設置: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)判斷條件設置:為使攝像機得到更準確的測量值,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調整光源強度,之后由檢測物自身的形狀、顏色及透光度來設定快門速度(shutter speed )、濾波( filitering)和背景抑制級別( BGS Levels ),設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為1/2000S,濾波設為強過濾,背景抑制級別上限取255下限取156。
(4)檢查項目和領域設定:接著設定搜索領域(region),進行方向、顏色、邊緣層和位置的設定,之后進入位置補償(position compensation)調節補償區域及方向,最后進入數據(date)中設置表達式,在此表達式設為R1.EG-R0.EG。以上設置結束后存儲設定內容,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按鍵{Trigger})進行單次的測量,也可以通過可編程控制器發出“開始檢測(MEASURE/C) ”命令來進行觸發測量,用“結束檢測 (MEASURE/E) ”來結束測量。在安飛公司的玻錐生產中就采用了后一種方法,數據將根據需要進行顯示并傳輸到可編程控制器。
(5)攝像機檢測主菜單如下:
(6)系統功能。
本系統主要實現的功能如下: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。當檢測值不在預設的正常值范圍內時顯示器顯示NG符號,同時PLC發出報警信號將產品排除生產線。當檢測正常時,程序正常進行,攝像機檢測的數據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,將數據傳送至PLC,由PLC進行下一步處理并在顯示屏上刷新數據。在實際應用中,我們注意到光源的亮度對生產的影響很大,當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 結語
OMRON公司的F150視覺傳感器自在安飛公司玻錐生產線應用以來,系統運行穩定、可靠。其測量精度可以達到±0.001mm,完全達到生產工藝要求。該方法方便、快捷、有效地實現玻錐與管徑間的測量。本系統采用的是歐姆龍公司中端的F150系統,而其最新推出的F160系統,則可以滿足更高端的指標要求,但同時成本會也有一定的提高。使用者可結合不同檢測系統的成本及工業現場實際要求,比較靈活的采用不同的系統。
參考文獻
[1]趙守忠.傳感器技術及其應用[M].合肥:中國科學技術大學出版社,1997.
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