1 機(jī)器視覺(jué)簡(jiǎn)介
　　機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷矛绘。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專(zhuān)用的圖像處理系統(tǒng)刽室，根據(jù)像素分布和亮度香题、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)酪律；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征雌隅，進(jìn)而根據(jù)比較結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

　　人們運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是為了提高生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化程度缸沃，尤其在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人眼難以滿(mǎn)足要求的場(chǎng)合恰起，同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高趾牧，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度检盼。而且機(jī)器視覺(jué)易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)翘单。與機(jī)器視覺(jué)關(guān)聯(lián)的學(xué)科有圖像處理吨枉、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別哄芜、人工智能貌亭、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等。

2 西門(mén)子機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)
　　西門(mén)子機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)屬于嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)认臊，分為VS100系列和VS700系列圃庭。VS100系列是專(zhuān)用型視覺(jué)產(chǎn)品，SIMATIC VS 100 系列視覺(jué)系統(tǒng)用于特定的圖像處理任務(wù)美尸。SIMATIC VS 110用于輪廓檢測(cè)冤议；SIMATIC VS 120用于目標(biāo)查找和搜索；SIMATIC VS 130適合二維碼的檢測(cè)幼氏。

　　SIMATIC VS 700 系列通用視覺(jué)系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè)和質(zhì)量控制粪畔。這種通用系統(tǒng)可以通過(guò)編程完成圖像采集、圖像處理嬉拾、負(fù)載驅(qū)動(dòng)以及聯(lián)網(wǎng)通訊（通過(guò)PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)）等功能支际，非常適宜于在一個(gè)測(cè)試循環(huán)中完成許多的測(cè)試任務(wù)。新型VS720生產(chǎn)線(xiàn)專(zhuān)門(mén)用于處理更為復(fù)雜的任務(wù)臊吓，比如圖像捕捉蟹嫁、圖像加工、最終結(jié)果的生成以及通信都是結(jié)合在一個(gè)緊湊的過(guò)程中的英谢，是在一個(gè)檢測(cè)周期進(jìn)行幾種檢測(cè)任務(wù)的理想方案讹玉。

　　VS721 CMOS和VS722基本型代表了適用于大批"常規(guī)"任務(wù)、較為經(jīng)濟(jì)的解決方案刃伞。而帶有CMOS攝像頭的VS721挡辩，特別適用于精度要求不是非常高而價(jià)格比較經(jīng)濟(jì)的場(chǎng)合。VS723是一臺(tái)用于高速攝影的攝像機(jī)钥嫌，例如包裝技術(shù)領(lǐng)域垃杖，以及眾多需要執(zhí)行性能檢測(cè)任務(wù)的領(lǐng)域男杈，例如表面檢測(cè)。VS724是高分辨率傳感器调俘，提供高達(dá)130萬(wàn)像素伶棒，能拍攝非常詳細(xì)的圖像，因此非常適合需要高精度的檢測(cè)任務(wù)彩库。VS725彩色傳感器系統(tǒng)具備分析色彩和檢測(cè)特定色彩值的能力肤无，因此可以通過(guò)彩色碼，安全侧巨、可靠地區(qū)分零部件舅锄，檢測(cè)標(biāo)簽的打印色或是識(shí)別膠珠鞭达。

　　VS720系列中的傳感器提供1個(gè)集成以太網(wǎng)接口和8個(gè)可自由配置的數(shù)字輸入司忱、輸出端。攝像機(jī)可以很容易地通過(guò)以太網(wǎng)連接到網(wǎng)絡(luò)上畴蹭，并接受幾乎任何一臺(tái)PC機(jī)的訪(fǎng)問(wèn)坦仍，因此極大地簡(jiǎn)化了設(shè)備的維護(hù)和診斷。VS鏈接接口模塊可以在一臺(tái)監(jiān)視器顯示幾個(gè)攝像機(jī)所拍攝的圖像叨襟。也可以通過(guò)PROFIBUS與連接模塊相連堆嘿，這樣可以省去用做監(jiān)測(cè)功能的另外的PC機(jī)。而且慌缨，由工業(yè)以太網(wǎng)提供的帶寬氏走，能使質(zhì)量數(shù)據(jù)和故障圖像快速在外部設(shè)備上做備份。

　　作為VS720系列傳感器的組態(tài)軟件SPECTATION提供了多種檢測(cè)功能算法娱背，通過(guò)非常友好的界面來(lái)建立定制圖像處理解決方案讥燎，當(dāng)無(wú)視覺(jué)傳感器在線(xiàn)連接時(shí)，也可以使用仿真器來(lái)進(jìn)行組態(tài)烂秘。

3 工藝描述
　　在某汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)合資生產(chǎn)廠(chǎng)擴(kuò)容新建的裝配車(chē)間中掰魁，為了確保產(chǎn)品質(zhì)量，決定采用VS722來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體號(hào)碼打刻質(zhì)量的自動(dòng)檢測(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)裝配完成后的外觀(guān)檢查裳雕。

3.1 缸體打刻號(hào)碼檢查工位
　　缸體打刻號(hào)碼檢查工位位于缸體標(biāo)簽打刻工位的后面低流，主要功能是通過(guò)VS722拍照檢查缸體標(biāo)簽打刻的質(zhì)量和號(hào)碼正確與否。圖1顯示的是發(fā)動(dòng)機(jī)缸體及打刻號(hào)碼帜浇。缸體共有兩大系列：FR（打刻面在左邊）和FF（打刻面在右邊）系列辨蓄，共有97種不同的型號(hào)，在本工位需要系統(tǒng)自動(dòng)讀取被檢測(cè)缸體的型號(hào)项茸，以便進(jìn)行比較祠乃。

3.2 總成后的發(fā)動(dòng)機(jī)外觀(guān)檢查工位
　　發(fā)動(dòng)機(jī)外觀(guān)檢查工位位于外裝線(xiàn)的線(xiàn)尾端，在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配完成之后唠椭，利用五個(gè)VS722傳感器分別從頂部和左右兩側(cè)拍照檢查跳纳，在左右兩側(cè)各裝兩個(gè)傳感器忍饰，工件進(jìn)入工位之后通過(guò)定位抬起首先進(jìn)行信號(hào)識(shí)別，然后開(kāi)始拍照寺庄，然后再旋轉(zhuǎn)90度再次拍照艾蓝。這樣保證將發(fā)動(dòng)機(jī)的前后左右四個(gè)方向都能檢查到。

　總共有97種型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)斗塘，每種發(fā)動(dòng)機(jī)的檢查項(xiàng)目大致有：放水塞是否漏裝, 發(fā)動(dòng)機(jī)吊鉤是否漏裝, 機(jī)油尺是否漏裝, 通氣軟管漏裝, 出水接頭誤裝, 隔熱罩螺栓漏裝, 機(jī)油冷卻軟管是否漏裝, 氧傳感器是否誤裝（線(xiàn)束黑色或灰色）等赢织。

4 系統(tǒng)工作原理

4.1 VS722與PLC之間的數(shù)據(jù)通訊
　　視覺(jué)傳感器VS722與PLC之間的數(shù)據(jù)傳遞可以通過(guò)三種方式：

　　?VS722提供了8DI/DO的硬件接口，可以與PLC硬件連接實(shí)現(xiàn)拍照觸發(fā)指令馍盟，結(jié)果返回等簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳遞于置。
　　?通過(guò)PROFIBUS 或以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)VS722與PLC之間簡(jiǎn)單通訊，這種通訊方式使用標(biāo)準(zhǔn)通訊功能塊FC72贞岭，通過(guò)VS LINK 用PROFIBUS總線(xiàn)方式 能實(shí)現(xiàn)28K字節(jié)的通訊八毯，通過(guò)以太網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)60K字節(jié)的通訊。在這次應(yīng)用中VS722和PLC之間的通訊就是通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)的瑞蓉。

　　?如果數(shù)據(jù)通訊要求更高可以選擇增強(qiáng)型通訊予乏，通過(guò)PROFIBUS 可以用背景腳本映射虛擬I/O的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)；如果要用以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型數(shù)據(jù)通訊梯撰，可以選用兩種驅(qū)動(dòng)模式：系統(tǒng)/數(shù)據(jù)連接驅(qū)動(dòng)和背景腳本觸發(fā)蟹游。

　　總之，VS722提供的通訊方式非常靈活方便怎体，在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)數(shù)據(jù)通訊量蔓捡、實(shí)時(shí)反饋速度要求、項(xiàng)目成本等實(shí)際情況來(lái)選用合適的通訊方式愚缔。

4.2　缸體打刻號(hào)碼的識(shí)別
　　如圖2所示擦灸，缸體打刻檢查控制系統(tǒng)由主控PLC、VS722值豫、ELS玫葡、TP170B以及RFID讀寫(xiě)識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)成。VS722與PLC的信息傳遞通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)澈拖。

　　進(jìn)入工位的缸體攜帶M/P存儲(chǔ)卡碴穴，卡中存有缸體號(hào)碼信息，PLC通過(guò)串口利用RFID讀寫(xiě)器從存儲(chǔ)卡中讀取號(hào)碼信息参歹，并在觸摸屏TP170B上顯示出來(lái)仰楚。PLC通過(guò)讀取的號(hào)碼信息判斷是需要啟動(dòng)左邊或者右邊的傳感器進(jìn)行拍照，圖4顯示了拍照的實(shí)物圖像犬庇，VS722完成拍照后馬上進(jìn)行字符識(shí)別僧界。

　為實(shí)現(xiàn)號(hào)碼的識(shí)別，需要在SPECTATION軟件中進(jìn)行編程臭挽，創(chuàng)建一個(gè)PRODUCT下載至VS722中捂襟，在PRODUCT 里定義了16個(gè)OCR軟傳感器咬腕。

4.3 發(fā)動(dòng)機(jī)零部件錯(cuò)裝漏裝的實(shí)現(xiàn)
　　發(fā)動(dòng)機(jī)外觀(guān)檢查工位由主控PLC (CPU313-PtP),VS722,ELS以及用戶(hù)指定的OMRON的RFID讀寫(xiě)系統(tǒng)構(gòu)成。VS722與PLC的信息傳遞通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)葬荷。監(jiān)控計(jì)算機(jī)的上位軟件采用WINCC涨共。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)工件進(jìn)入工位，定位抬起上升到位后開(kāi)始拍照宠漩，每個(gè)傳感器對(duì)比檢查不同的部件举反，如果發(fā)現(xiàn)有工件與標(biāo)準(zhǔn)圖像不同將發(fā)出報(bào)警，同時(shí)WINCC畫(huà)面上將不合格項(xiàng)對(duì)應(yīng)的圖片自動(dòng)彈出扒吁。由于已將VS722拍攝的圖像顯示畫(huà)面集成在WINCC軟件中火鼻，如果出現(xiàn)不合格項(xiàng)將自動(dòng)捕捉實(shí)時(shí)畫(huà)面，由操作人員根據(jù)畫(huà)面或?qū)嵨镞M(jìn)行最終檢查確認(rèn)邀耽。

　　對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)零部件錯(cuò)裝漏裝的檢查穗蚌，SPECTATION提供了下列軟傳感器，特征值（Feature Count）铣翁、邊沿計(jì)數(shù)（Edge Count）目標(biāo)發(fā)現(xiàn)（Object Find）租触、模板匹配（Template Match），計(jì)算工具（Math Tools）供馍。針對(duì)不同的檢查部位，根據(jù)不同 的圖像特征選擇合適的軟傳感器進(jìn)行檢測(cè)水亮。下圖顯示的是用特征值計(jì)數(shù)傳感器檢測(cè)氧傳感器線(xiàn)束顏色的像素示意圖刽软。

5　 結(jié)束語(yǔ)
　　在此次項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，我們深深體會(huì)到枢菇，如果要讓機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)發(fā)揮最佳效果奏散，有三個(gè)基本要素缺一不可：選擇合適的光源，設(shè)計(jì)理想的機(jī)械結(jié)構(gòu)噩拼，對(duì)視覺(jué)傳感器正確合理的編程剩喧。

　　在VS722使用在該發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)之前，所有的相關(guān)檢測(cè)都需要設(shè)置人工工位由工人肉眼來(lái)完成世吨，由于工作量大澡刹、內(nèi)容枯燥，非常容易出現(xiàn)人為錯(cuò)判耘婚、漏判的現(xiàn)象罢浇，由此出現(xiàn)的質(zhì)量事件曾經(jīng)給用戶(hù)造成很大的負(fù)面形象。此次采用了西門(mén)子機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)后取消了相關(guān)的人工崗位沐祷，大大提高了工作效率嚷闭，并保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益赖临。

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