2D視覺系統(tǒng)在凸輪軸支撐件生產(chǎn)線中的應(yīng)用*

馬華杰，袁永軍，潘 歡

(1.寧夏大學(xué) 物理與電子電氣工程學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏小巨人機(jī)床有限公司，銀川 750002)

0 引言

凸輪軸支撐件是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件之一，其質(zhì)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有至關(guān)重要的影響[1]。對(duì)于同一汽車制造廠家，不同型號(hào)的凸輪軸支撐件在局部外觀特征、尺寸上只有細(xì)微的差別，因此在產(chǎn)品切換加工時(shí)，要對(duì)凸輪軸支撐件的差異化特征進(jìn)行識(shí)別。若判斷失誤，將導(dǎo)致產(chǎn)品廢棄，機(jī)床撞刀等問題[2]。傳統(tǒng)生產(chǎn)模式只能通過人工識(shí)別進(jìn)行判斷剔除，其可靠性差、效率低、無法滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的需要[3]。近年來國外視覺技術(shù)迅速發(fā)展，由于其具備可靠性好、準(zhǔn)確度高、效率高等特點(diǎn)，在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[4-6]。隨著中國制造業(yè)的飛速發(fā)展，2D/3D視覺技術(shù)也廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中[7]。本文提出將2D視覺系統(tǒng)應(yīng)用于凸輪軸支撐件加工自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了零件特征的自動(dòng)識(shí)別和混線自動(dòng)剔除功能。

1 凸輪軸支撐件加工生產(chǎn)線概述

凸輪軸支撐件加工自動(dòng)化生產(chǎn)線由2D相機(jī)、機(jī)械手、機(jī)床、上下料料道、廢料道、抽檢臺(tái)、激光打標(biāo)機(jī)、三菱Q系列PLC系統(tǒng)、以太網(wǎng)交換機(jī)、總控觸摸屏等組成。該生產(chǎn)線可以加工凸輪軸支撐件的A型和B型兩種零件，如圖1和2所示，兩種零件的差別在圖中已標(biāo)出。

圖1 A型凸輪軸支撐件 圖2 B型凸輪軸支撐件

2 2D視覺系統(tǒng)的選型

在凸輪軸支撐件加工自動(dòng)化生產(chǎn)線中，視覺系統(tǒng)需要和總控PLC、機(jī)械手PLC連接，而康耐視視覺系統(tǒng)提供了完善的通訊協(xié)議，可以與三菱Q系列PLC進(jìn)行快速連接。同時(shí)康耐視產(chǎn)品具有靈活性強(qiáng)，操作簡單，性能優(yōu)越等特點(diǎn)[8]。因此本文選用康耐視In-Sight 7200 2D視覺系統(tǒng)。

3 2D視覺系統(tǒng)在生產(chǎn)線中的應(yīng)用

3.1 拍照識(shí)別和打碼工作流程

當(dāng)總控PLC接收到打標(biāo)臺(tái)零件搬入請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，向機(jī)械手發(fā)送零件搬入信號(hào)，搬運(yùn)完成后，2D視覺系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行拍照并對(duì)零件特征進(jìn)行一致性判定。若當(dāng)前零件特征和系統(tǒng)設(shè)定的零件特征不一致，機(jī)械手將搬出零件放入廢料道；若當(dāng)前零件特征和系統(tǒng)設(shè)定的零件特征一致，打標(biāo)機(jī)對(duì)零件進(jìn)行打碼、讀碼，讀碼完成后進(jìn)行結(jié)果判定。若讀碼結(jié)果合格，機(jī)械手抓取零件放入機(jī)床進(jìn)入生產(chǎn)線加工。若讀碼結(jié)果不合格，機(jī)械手抓取零件放入廢料道。拍照識(shí)別和打碼工作流程圖如圖3所示。

圖3 拍照識(shí)別和打碼工作流程圖

3.2 視覺系統(tǒng)和總控PLC之間的通訊連接

康耐視In-Sight 7200 2D視覺系統(tǒng)和總控PLC之間的通訊連接如圖4～圖6所示。圖4為總控PLC與康耐視2D相機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊端口地址設(shè)定?？偪豍LC和相機(jī)之間數(shù)據(jù)交互地址設(shè)置如圖5所示。總控PLC控制相機(jī)的信號(hào)地址為D1500、D1501，2D相機(jī)狀態(tài)輸出地址為D1502、D1503；總控PLC控制相機(jī)的輸入數(shù)據(jù)地址為D1700-D1729，2D相機(jī)反饋給總控PLC的數(shù)據(jù)地址為D1600-D1629。圖像特征判定設(shè)置如圖6所示。若以圖案1為判定標(biāo)準(zhǔn)，將圖案1地址D01702設(shè)置為1，其他圖案地址設(shè)置為0。

圖4 網(wǎng)絡(luò)通訊端口設(shè)置

圖5 總控PLC和相機(jī)之間數(shù)據(jù)交互地址設(shè)置

圖6 圖像特征判定設(shè)置

3.3 視覺系統(tǒng)聯(lián)機(jī)控制PLC程序

3.3.1 拍照觸發(fā)控制PLC程序

當(dāng)總控PLC接收到料道PLC拍照?qǐng)?zhí)行和打標(biāo)臺(tái)有料信號(hào)時(shí)，拍照控制邏輯啟動(dòng)，M2500置1，PLC程序如圖7所示。

圖7 拍照觸發(fā)控制PLC程序

3.3.2 相機(jī)光源開啟和觸發(fā)命令執(zhí)行PLC程序

當(dāng)拍照控制邏輯M2500和相機(jī)在線信號(hào)D1502.7同時(shí)為1時(shí)，相機(jī)光源控制Y9F得電，延時(shí)0.5s之后，相機(jī)觸發(fā)控制信號(hào)D1500.1接通。PLC程序如圖8所示。

圖8 相機(jī)光源開啟和觸發(fā)命令執(zhí)行PLC程序

3.3.3 當(dāng)前零件類型設(shè)定PLC程序

當(dāng)觸發(fā)控制信號(hào)D1500.1接通時(shí)，當(dāng)前零件類型控制信號(hào)D1501.0接通。若當(dāng)前加工零件為A型零件時(shí)，M2511為1，M2512為0，輸出控制數(shù)據(jù)D1702為1，D1703為0；若當(dāng)前加工零件為B型零件時(shí)，M2511為0，M2512為1，輸出控制數(shù)據(jù)D1703為1，D1702為0。零件類型設(shè)定PLC程序如圖9所示。

圖9 當(dāng)前零件類型設(shè)定PLC程序

3.3.4 零件特征識(shí)別結(jié)果輸出PLC程序

若當(dāng)前加工零件為A型零件，當(dāng)比對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)D1605為1、D1606為0，相機(jī)比對(duì)檢查結(jié)束時(shí)，特征識(shí)別一致信號(hào)M2000置1；當(dāng)比對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)D1605為0、D1606為1，相機(jī)比對(duì)檢查結(jié)束時(shí)，特征識(shí)別不一致信號(hào)M2001置1。B型零件特征識(shí)別過程和A型零件相同。識(shí)別結(jié)果輸出PLC程序如圖10所示。

圖10 零件特征識(shí)別結(jié)果輸出PLC程序

3.3.5 零件特征識(shí)別結(jié)果處理PLC程序

當(dāng)打標(biāo)臺(tái)有料信號(hào)X509、相機(jī)控制邏輯信號(hào)M2600、特征識(shí)別一致信號(hào)M2000、打標(biāo)機(jī)準(zhǔn)備好信號(hào)D525.0”同時(shí)為1時(shí)，打標(biāo)機(jī)開始打碼，同時(shí)打碼信息傳遞給總控PLC；當(dāng)“打標(biāo)臺(tái)有料信號(hào)X509、相機(jī)控制邏輯信號(hào)M2600、特征識(shí)別一致信號(hào)M2000”同時(shí)為1時(shí)，總控反饋特征識(shí)別一致信號(hào)Y50E給料道PLC，料道滑臺(tái)不移動(dòng)，繼續(xù)打碼；當(dāng)“打標(biāo)臺(tái)有料信號(hào)X509、相機(jī)控制邏輯信號(hào)M2600、特征識(shí)別不一致信號(hào)M2001”同時(shí)為1時(shí)，總控反饋特征識(shí)別不一致信號(hào)Y50F給料道PLC，料道滑臺(tái)移出，打標(biāo)機(jī)不打碼，料道PLC發(fā)送不合格零件移出信號(hào)給機(jī)械手PLC。識(shí)別結(jié)果處理PLC程序如圖11所示。

圖11 零件特征識(shí)別結(jié)果處理PLC程序

3.4 2D視覺系統(tǒng)識(shí)別效果

視覺系統(tǒng)識(shí)別效果如圖12所示。由圖12可以看出當(dāng)前相機(jī)拍照的零件為A型凸輪軸支撐件，系統(tǒng)設(shè)置A型零件為“產(chǎn)品1”，識(shí)別結(jié)果說明A型凸輪軸支撐件識(shí)別通過，識(shí)別結(jié)果正確。

圖12 A型凸輪軸支撐件識(shí)別判斷結(jié)果

4 結(jié)束語

本文將2D視覺系統(tǒng)成功應(yīng)用于凸輪軸支撐件加工自動(dòng)化生產(chǎn)線?？蛻衄F(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行表明，該方法可以對(duì)凸輪軸支撐件外觀特征做出準(zhǔn)確、快速的判斷，避免了人工識(shí)別判斷失誤的問題，解決了以往自動(dòng)化加工生產(chǎn)線中普遍存在的混線加工撞機(jī)問題，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)線自動(dòng)化水平，同時(shí)為自動(dòng)切換的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。不同型號(hào)的零件共線生產(chǎn)是自動(dòng)化生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢，該方法也適用于其他零件共線加工自動(dòng)化生產(chǎn)線。