黨麗峰，張星亮，邵洵玉

（鎮(zhèn)江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 鎮(zhèn)江 212016）

0 引 言

機(jī)器視覺系統(tǒng)的出現(xiàn)很好地代替了繁瑣的傳統(tǒng)人工勞動(dòng)力，順應(yīng)了現(xiàn)代化生產(chǎn)模式的發(fā)展，尤其在一些對(duì)于人工來說比較危險(xiǎn)的工作環(huán)境。機(jī)器視覺具有客觀性、精確性、重復(fù)性以及成本低等優(yōu)勢(shì)，目前被廣泛運(yùn)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，很多流水線上高重復(fù)度的工作都可以依靠機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)備來完成，大大提高了檢測(cè)的精確度以及工作效率[1]。

1 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

自動(dòng)分揀系統(tǒng)主要是把工件從起始位置往入庫(kù)位置進(jìn)行傳送,主要有以下幾個(gè)工位：拍照工位、貼標(biāo)工位、RFID 工件抓取工位。系統(tǒng)通過傳送帶將物料傳送到視覺系統(tǒng)識(shí)別范圍內(nèi)進(jìn)行拍照識(shí)別（可以識(shí)別工件表面瑕疵、工件尺寸、工件是否合格等特征）[2]，識(shí)別完成后傳送帶把工件傳送到下一個(gè)貼標(biāo)工位范圍內(nèi)，由貼標(biāo)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（一個(gè)模擬貼標(biāo)的伸縮氣缸）進(jìn)行貼標(biāo)，貼完標(biāo)后，傳送帶把工件送至RFID掃描槍位置，對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行掃描識(shí)別，并且把相關(guān)的條碼數(shù)據(jù)傳送到PLC[3]。最后，傳送帶把工件傳送到抓取工位并且由四自由度直角坐標(biāo)系對(duì)工件進(jìn)行抓取，并將工件放入立體倉(cāng)庫(kù)中。在此過程中，四自由度直角坐標(biāo)系進(jìn)行合格工件和不合格工件的篩選，系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

1.1 伺服系統(tǒng)傳送帶

傳送系統(tǒng)的皮帶由一臺(tái)80W 的80異步電機(jī)加一套1∶10的減速機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)，并且采用變頻器傳動(dòng)可以對(duì)工件位置進(jìn)行精確定位、掃描、抓取。在工件抓取工位可以實(shí)現(xiàn)兩種難易程度的抓取方式：一種是工件到指定位置靜止下來，由四自由度直角坐標(biāo)系的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行抓取，并放入立體倉(cāng)庫(kù)。另一種方式是傳送帶不停止，四自由度直角坐標(biāo)系隨著傳送帶同步的速度對(duì)工件進(jìn)行抓取，并放入立體倉(cāng)庫(kù)。

1.2 智能機(jī)器視覺識(shí)別系統(tǒng)

對(duì)伺服傳送帶傳過來的工件進(jìn)行工件外形、工件瑕疵、工件尺寸、工件顏色等進(jìn)行識(shí)別。并且把識(shí)別結(jié)果通過通信傳送給主控PLC，以便后面對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行區(qū)分。同時(shí)對(duì)工件擺放的位置、坐標(biāo)等信息進(jìn)行采集，把這些信息通過通信傳送給主控PLC，以便抓取工位能夠進(jìn)行精確抓取

1.3 貼標(biāo)工位、RFID 掃描工位

伺服傳送帶把工件送到貼標(biāo)工位后由貼標(biāo)氣缸對(duì)工件進(jìn)行貼標(biāo)。在跟隨貼標(biāo)的過程中還要考慮在RFID 掃描工位到達(dá)之前需要把貼標(biāo)動(dòng)作完成，這個(gè)對(duì)學(xué)生實(shí)訓(xùn)提出了更高的要求。RFID 掃描完成后把信息通過通信傳送給PLC，由PLC 進(jìn)行分類篩選后去進(jìn)行抓取和入庫(kù)動(dòng)作。

1.4 工件抓取工位

工件到達(dá)抓取工位后，四自由度直角坐標(biāo)系的執(zhí)行機(jī)構(gòu)到指定的位置抓取工件，并且把工件放置在相應(yīng)的立體倉(cāng)庫(kù)倉(cāng)儲(chǔ)位置中。

1.5 四自由度直角坐標(biāo)系

整體執(zhí)行機(jī)構(gòu)是有X、Y、Z 三軸組成，采用氣動(dòng)夾爪，在Z 軸上還增加了角度旋轉(zhuǎn)U 軸，其中X、Y、Z 三軸全部由高響應(yīng)性的200W 伺服系統(tǒng)構(gòu)成。

2 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

控制器選用三菱FX5U 運(yùn)動(dòng)型PLC，人機(jī)界面采用像素為800×400的7寸彩色屏三菱GS2000,伺服驅(qū)動(dòng)器為額定功率200W，17bit 高精度絕對(duì)值編碼器反饋，雙向150Mbps 高速通信控制信號(hào)，電機(jī)功率為200W,視覺相機(jī)選用支持二維碼讀取的康耐視鏡頭，RFID 掃描讀寫范圍：0.2m；頻率范圍：13.56MHz。

3 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)如圖3所示，分手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式：手動(dòng)模式適合系統(tǒng)的整機(jī)運(yùn)行前的調(diào)試，在手動(dòng)模式設(shè)置了X、Y、Z 和U 4個(gè)軸的點(diǎn)動(dòng)控制，一鍵矯正機(jī)械手的抓放工件的位置、點(diǎn)動(dòng)調(diào)試機(jī)械爪的位置、傳輸帶的速度調(diào)試等。在自動(dòng)模式下：按下啟動(dòng)按鈕之后，系統(tǒng)開始運(yùn)行，傳輸帶啟動(dòng)，傳輸工件至視覺相機(jī)部分，進(jìn)行拍照和二維碼識(shí)別，并且將工件信息上傳至PLC 控制器，PLC 發(fā)送指令給4軸直角坐標(biāo)系對(duì)工件進(jìn)行抓取，并將工件放入立體倉(cāng)庫(kù)中。

3.1 自動(dòng)分揀系統(tǒng)的視覺軟件設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目程序使用Microsoft Visual Studio 軟件進(jìn)行編程，源代碼采用visual basic 語言編寫，程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)容易讀；代碼編寫時(shí)需調(diào)用算法軟件Vision Pro 中的控件以及dll 文件，將軟件和算法嵌套在一起，這樣在編寫時(shí)可使用軟件來設(shè)置算法中使用的參數(shù)，同時(shí)還可以獲取算法的結(jié)果，圖4為軟件運(yùn)行流程圖。

3.2 視覺處理的算法

算法使用Cognex Vision Pro 進(jìn)行編寫，主要采用工具與腳本代碼相結(jié)合的方式進(jìn)行開發(fā)處理。工件檢測(cè)實(shí)例中主要用到模板匹配工具（CogPMAlign-Tool1）、ID 工具（CogIDTool1）等，工具與工具之間用拖線方式或腳本代碼進(jìn)行參數(shù)傳遞和判斷；圖5為算法處理流程圖。

4 系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行

本自動(dòng)化分揀系統(tǒng)的關(guān)鍵部分就是視覺檢測(cè)，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可以實(shí)時(shí)對(duì)待分揀的工件表面的二維碼及形狀進(jìn)行拍照和檢測(cè)，如圖6、7工件檢測(cè)圖所示。整套系統(tǒng)的運(yùn)行精度為0.02mm、重復(fù)定位精度為0.02mm，大大提升了分揀效率，降低了企業(yè)成本。