基于智能相機的分揀技術研究與應用

謝超明

摘要：針對傳統分揀作業工業機器人采用示教編程方式程序不易修改、效率低的缺點，提出利用智能相機、PLC和工業機器人構建視覺識別系統，可以快速準確判斷工件類型、位置等信息并提供給工業機器人實現智能分揀，提高了柔性和生產效率。

關鍵詞：智能相機;分揀;視覺

中圖分類號：TP242? 文獻標識碼：A? 文章編號：1007-9416（2018）10-0000-00

隨著現代制造技術的發展，用人工視覺檢查產品質量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產效率和生產的自動化程度。尤其是在智能分揀系統中，機器視覺能快速準確的判斷工件類型，位置等信息，并通過通訊將上述信息傳遞給PLC，從而控制執行系統工業機器人動作，是智能生產中非常重要的一個組成部分。本文基于信捷SV4-30mL智能相機，研究機器視覺在分揀技術中的應用。

1 系統硬件組成

通過Modbus-TCP通訊協議實現智能相機、PLC和工業機器人之間數據和信號交換，把相機識別的工件類型、位置等特征數據傳遞給中央控制器，控制工業機器人產生相應的分揀動作。

視覺識別系統由智能相機、鏡頭、光源控制器、光源等硬件組成，如圖1所示。相機選用信捷SV4-30mL系列，為智能化一體相機，通過內含的CCD/CMOS 傳感器采集高質量現場圖像，內嵌數字圖像處理（DSP）芯片，能脫離PC 機對圖像進行運算處理，PLC 在接收到相機的圖像處理結果后，進行動作輸出。

相機連接時，用交叉網線連接相機RJ45 網口與編程電腦，用SW-IO串口線連接相機DB15串口與電源控制器。

光源采用背光方式即光源在工件下面，當工件運行到相機下方拍照工位時，可以通過PLC程序利用手動或者自動方式給光源控制器輸入端一個觸發相機拍照。

2 相機軟件設定

根據相機固件對上位機軟件 X-Sight STUDIO進行設定，選擇相應的軟件版本并確定相機站號。通過焦距調節圖像的清晰度，通過光圈調節圖像的亮暗，從而使軟件窗口界面能清楚獲得工件輪廓形狀。

2.1 相機學習

連接相機后，在相機下方放置需要識別的物體，在放置物體的時候，盡量將物體放正，如果工具是矩形物體，使其兩條邊與相機坐標系平行，以提高相機精度。利用圖案定位工具對工件樣本進行學習，每個圖案定位工具都自帶有一個學習框，選中要識別的物體的幾何特征，然后點擊“學習”選項，完成后相機就具有了識別框中物體的能力。根據識別要求通過圖案工具參數可以調節相似度閾值和目標搜索最大個數及目標搜索角度，如圖2所示。

2.2 腳本編輯

如果是一次識別多個物體，計數工具的輸出結果如“目標的重心坐標集合”可以用動態數組表示，如對于不同類型的工件依次完成相機學習后，通過腳本程序將坐標信息收集到一個數組中，完成輸出。添加變量工件類型WpType、工件品質WpQ、孔數WpHoleNum等，通過腳本程序可以判斷工件類型、坐標及是否為合格品等信息，部分腳本程序如下：

tool6.WpQ = 0;? //工件是否合格（0=不合格 1=合格）

tool6.WpType = 0;

if（tool3.Out.objectNum > 0 ）

{

tool6.WpType = 3;

if（tool5.Out.targetGroupNum == 3）

{

tool6.WpQ = 1; //合格

}

tool6.WpH=20;

tool6.WpX=tool3.Out.centroidPoint[0].x;

tool6.WpY=tool3.Out.centroidPoint[0].y;

tool6.WpA=tool3.Out.centroidPoint[0].angle;

}

2.3 Modbus配置輸出

通過Modbus配置將智能相機拍照數據按照相機存儲地址依次輸出，如圖3所示。根據相機采用外部X0端口觸發相機拍照，并通過Y4發出拍照完成信號，修改智能相機作業配置觸發方式為外部觸發，通過軟件界面“一鍵下載”將程序下載到相機。切換到“相機”界面，可以看出“仿真”與“相機”界面結果一致。

圖3 Modbus配置輸出

2.4 PLC程序處理

由于相機與PLC處理的數據類型不一致，如相機拍照獲得的數據單位是像素，與實際尺寸之間需要通過相機系數進行轉換。可以在西門子博途軟件中編寫相機通訊、相機運行、工件類型轉換、數據轉存等程序塊，完成數據處理才能將智能相機拍照獲得的有效信息如工件類型、坐標、旋轉角度等傳遞給PLC，同時需要編寫機器人程序實現對相機數據的調用從而實現工業機器人對不同類型，不同位置的產品進行智能分揀。

3 測試

編寫視覺系統人機界面，可以將工件信息包括位置、角度和工件編號等顯示在觸摸屏HMI上，如圖4所示。通過實驗證明，智能相機系統能夠快速的完成拍照并顯示工件信息，工業機器人能準確的完成分揀作業。

4 結語

本文基于智能相機系統，通過系統硬件設置、相機學習、腳本編寫、Modbus配置輸出及PLC程序編寫，能快速準確完成對工件信息的提取并傳遞給主控PLC從而控制工業機器人完成分揀，并通過相機學習和腳本程序可以實現殘缺件的識別，提高生產的柔性和自動化程度，對于產品的智能分揀有著非常重要的意義。

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Research and Application of Sorting Technology Based on Smart Camera

XIE Chao-ming

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Hubei Vocational and Technical College， Xiaogan Hubei? 432000）

Abstract： In view of the shortcomings of the traditional sorting operation， the industrial robot adopts the teaching programming program， which is difficult to modify and low in efficiency. It is proposed to use a smart camera， PLC and industrial robot to construct a visual recognition system， which can quickly and accurately judge the type and position of the workpiece and provide it to the Industrial robots achieve intelligent sorting， increasing flexibility and productivity.

Keywords：? smart camera; sorting; vision