基于工業攝像機的機床安全識別研究

蔣文祥，倪振興，賈明明，蔣華年

（江蘇亞威機床股份有限公司，江蘇 揚州 225200）

1 緒論

機械設備的出現促進了人類社會的發展，社會的進步離不開制造業的供血輸出。金屬成型機床行業是如今絕大多數工程的基礎，電梯行業，交通行業，幕墻行業，家電行業等等都離不開金屬成型的支持。

在激光切割行業發展的如火如荼情況下，人們多機床的安全功能需求日益增加。在效率、精度逐漸滿足使用需求的時候，安全以及成為了一個不可忽視的隱因素。

視覺檢測就是用機器代替人眼來做測量和判斷。通過機器視覺產品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD 兩種）將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。是用于生產、裝配或包裝的有價值的機制。它在安全檢測方面功具有不可估量的價值。

本文采用視覺人形識別攝像頭，通過攝像頭檢測到機床內部有人員進入活動，將視覺信號轉化為數字信號，發送給設備，設備在100ms 內響應并緊急停止一切軸動作，需人員出來后手動復位方可恢復。

2 視覺安全檢測方案

2.1 控制方案

采用激光切割機常用數控系統84ODsl、攝像頭，由攝像頭進行視覺檢測，傳輸信號到控制系統，機床做出響應。其硬件組成如圖1 所示。

圖1 硬件組成

2.2 840Dsl 系統簡介

采用的是一種開放式的設計結構，不僅僅可以應用于數控機床，也可以應用于運動控制領域，通過系統本身強大的工業通訊網絡，可以設計成開環或閉環，實現柔性生產[1]。

840Dsl 系統主要分成三個部分:

（1）HMI，人機交互。主要由人機單元PCU，機床控制面板MCP，以及鍵盤鼠標，選配的觸摸屏等等組成，實現加工與仿真，數據管理，上位機通訊等；

（2）控制、通訊系統。主要有數控單元NCU，可編程控制器PLC，以及外圍通訊模塊，輸入輸出模塊等等，實現插補運算，運動控制，數字量模擬量控制等；

（3）S120 驅動系統。主要由S120 驅動系統，1FK系列伺服電機。具有節能，高動態，穩定可靠的進行軸向運動、插補等優點。

本文采用系統為840Dsl，配NCU+S120+MCP 等組成，具有較高的響應速度，系統時鐘周期1ms，PLC響應周期10ms，能快速準確的響應視覺設備反饋回來的信息并及時作出響應。

2.3 視覺攝像頭檢測原理

（1）工件定位檢測器探測到物體已經運動至接近攝像系統的視野中心，向圖像采集部分發送觸發脈 沖，可分為連續觸發和外部觸發。

（2）圖像采集部分按照事先設定的程序和延時，分別向攝像機和照明系統發出啟動脈沖。

（3）攝像機停止目前的掃描，重新開始新的一幀掃描，或者攝像機在啟動脈沖來到之前處于等待狀態，啟動脈沖到來后啟動一幀掃描。

（4）攝像機開始新的一幀掃描之前打開曝光機構，曝光時間可以事先設定。

（5）另一個啟動脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時間應該與攝像機的曝光時間匹配。

（6）攝像機曝光后，正式開始一幀圖像的掃描和輸出。

（7）圖像采集部分接收模擬視頻信號通過A/D將其數字化，或者是直接接收攝像機數字化后的數字視頻數據。

（8）圖像采集部分將數字圖像存放在處理器或計算機的內存中。

（9）處理器對圖像進行處理、分析、識別，獲得測量結果或邏輯控制值，輸出所需信號

（10）處理結果對機床造成的影響，840Dsl 系統響應輸出，機床做出對應響應動作[2]。

3 視覺安全檢測方案

3.1 應用測試

亞威本次研發的攝像頭安全識別功能針對于HLF 840Dsl 系統進行實際的應用測試。

3.1.1 攝像頭參數設置

通過網頁進入攝像頭監控及參數界面，設置相機參數，關于圖像采集、焦點、曝光、報警設置等，如圖2 所示。選擇合適的相機參數，達到想要的效果。

圖2 參數設置

3.1.2 報警處理

在攝像頭檢測到有人形進去到監測范圍后，輸出報警信號。本次使用攝像頭為NPN 輸出，西門子PLC 為高電平有效，需要通過繼電器中轉至西門子PLC，機床做出相關響應，停止設備，保護相關人員。

圖3 視角范圍

圖4 視覺檢測

4 總結

在工業自動化原來越注重安全的大勢下，攝像頭安全識別已成為機床行業的必然趨勢，受到更多客戶的關注與青睞。亞威將不斷進取，提升產品的安全性能，助力客戶加工效率和產品質量提升。

當視覺檢測應用到機床上之后，整體機床安全甚至操作性能都必將再次上升一個新的臺階。