【正文】 onents, parts flaw detection, mechanical parts assembly Appearance inspection and product testing pletely. In order to improve the positioning accuracy of the machine vision inspection system in the camera and the camera39。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目：機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)臺(tái)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 機(jī)電學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 指 導(dǎo) 教 師： 協(xié)助指導(dǎo)教師： 201 年 月 日 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 為了提高機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)中攝像頭的定位精度和實(shí)現(xiàn)攝像 頭的全自動(dòng)調(diào)節(jié)，本文結(jié)合實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)需求詳細(xì)敘述了怎樣進(jìn)行機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件選型與硬件接線以及精度計(jì)算設(shè)計(jì)等工作。s automatic adjustment realization, this paper actual industrial production requirements described in detail how mechanical structure design, hardware selection and the hardware wiring and accuracy of the calculation and design work. The hardware design includes how to choose the right controller to control the process, drives, PC and work monitoring software, munications and other machine vision inspection station automatic control system, an important part。 機(jī)器視覺(jué)在應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目之前，通常需要在檢測(cè)臺(tái)上進(jìn)行算法研究和測(cè)試。 目前市場(chǎng)上的上位監(jiān)控軟件有 iFIX、組態(tài)王、 InTouch、 WinCC 等等。 WinCC： 西門(mén)子公司旗下 的 WinCC 上位監(jiān)控軟件 也 具有 一套完備的組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境，WinCC 上位監(jiān)控軟件可 提供類Ｃ語(yǔ)言的腳本，包括調(diào)試環(huán)境 ， WinCC 內(nèi)嵌 OPC 支持，并可對(duì)分布式系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。適用于灰塵大、易爆與易燃的場(chǎng)合。 機(jī)器視覺(jué)自動(dòng)檢測(cè)臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)旨在研制一臺(tái)在高度和水平方向均能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)的裝置，主要研究 內(nèi)容包括：機(jī)械設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和上位界面軟件設(shè)計(jì)等。根據(jù)項(xiàng)目需求，其中傳輸機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)傳輸待檢測(cè)工件，可以使用普通電機(jī)皮帶傳輸。 步進(jìn)電機(jī) 1 上限位開(kāi)關(guān) 升降導(dǎo)軌絲杠 左限位開(kāi)關(guān) 攝像頭安裝位置 步進(jìn)電機(jī) 2 升降滑塊 水平移動(dòng)滑塊 連接板 水平導(dǎo)軌絲杠 1右限位開(kāi)關(guān) 1下限位開(kāi)關(guān) 1傳輸裝置 1頭輥 1尾輥 圖 21 機(jī)械機(jī)構(gòu)示意圖 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2. 2 控制工藝要 求 機(jī)器視覺(jué)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)包括傳輸機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)，水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)器視覺(jué)設(shè)備和控制系統(tǒng)等。由于要求攝像頭移動(dòng)位置要精確，因此可以使用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 （ c）模式選擇：系統(tǒng)啟動(dòng)并復(fù)位成功后，由 SA1 實(shí)現(xiàn)就地 /遠(yuǎn)程模式的選擇，并通過(guò)相應(yīng)的指示燈進(jìn)行模式指示。光電傳感器故障或運(yùn)行故障，在上位監(jiān)控系統(tǒng) 中均能實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 （ 1）驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型 本課題傳輸機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)等機(jī)械機(jī)構(gòu)，所需機(jī)械運(yùn)動(dòng)要靠驅(qū)動(dòng) 設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，直流電機(jī)、交流電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等都是可供選擇的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。另外 PLC 也 可在線 進(jìn)行 修改程序，改變控制方案 也 不 用 拆動(dòng)硬件。 本設(shè)計(jì)選 用西門(mén)子品牌的 S7 系列的 PLC，而本課題輸入及輸出量較多故選取西門(mén)子 S7300 為 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)臺(tái)自動(dòng)控制系統(tǒng) 的控制器。 綜上，本課題的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 24所示。 表 31 數(shù)字量輸入信號(hào) 序號(hào) 名 稱 符號(hào) 類型 1 啟動(dòng)按鈕 SB1 DI 2 復(fù)位按鈕 SB2 DI 3 停止按鈕 SB3 DI 4 急停按鈕 SB4 DI 5 上行按鈕 SB5 DI 6 上行按鈕 SB6 DI 7 上行按鈕 SB7 DI 8 上行按鈕 SB8 DI 9 就地 /遠(yuǎn)程模式選擇開(kāi)關(guān) SA1 DI 10 手動(dòng) /自動(dòng)選擇開(kāi) SB2 DI 11 上限位開(kāi)關(guān) SQ1 DI 12 下限位開(kāi)關(guān) SQ2 DI 13 左限位開(kāi)關(guān) SQ3 DI 14 右限位開(kāi)關(guān) SQ4 DI 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 表 32 數(shù)字量輸出信號(hào) 序號(hào) 名 稱 符號(hào) 類型 1 步進(jìn)電機(jī) 1方向 M2 DO 2 步進(jìn)電機(jī) 2方向 Y1 DO 3 系統(tǒng)指示燈 HL1 DO 4 報(bào)警指示燈 HL2 DO 5 遠(yuǎn)程控制指示燈 HL3 DO 6 就地控制指示燈 HL4 DO 7 手動(dòng)模式指示燈 HL5 DO 8 自動(dòng)模式指示燈 HL6 DO 9 直流電機(jī)繼電器 M1 DO 10 步進(jìn)電機(jī) 1脈沖 M2 D0 11 步進(jìn)電機(jī) 2脈沖 M3 D0 3. 2 硬件選型 本設(shè)計(jì)需要用到步進(jìn)電機(jī)并對(duì)其進(jìn)行精確控制，故需要有高速脈沖輸出，而西門(mén)子緊湊型 S7300C 系列的 PLC 中 CPU31XC 型號(hào)的 CPU 都 具有高速脈沖輸出，本設(shè)計(jì)選用的CPU 型號(hào)為 6ES7 3136CE010AB0。16 綠色指示燈 AD1616V 14 216。其中 1 號(hào)槽安裝電源模塊，選擇了一塊輸入 AC220V、輸出 DC24V/2A 的電源模塊。 4 號(hào)槽安裝 I/O模塊，安裝本設(shè)計(jì)所需的數(shù)字量輸入輸出模塊。 圖 33 脈寬調(diào)制組態(tài) CPU 計(jì)數(shù)模塊作為普通數(shù)字量輸出點(diǎn)使用時(shí)，其系統(tǒng)默認(rèn)地址為 、 、（可自行修改），作為高速脈沖輸出時(shí)，對(duì)應(yīng)的通道分別為 0 通道、 1 通道、 2通道（通道號(hào)為固定值，不能自行修改）。計(jì)數(shù)器屬性對(duì)話框會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的標(biāo)簽，脈寬調(diào)制標(biāo)簽，選擇此標(biāo)簽可對(duì)脈寬參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖 35 所示。電路硬件接線原理圖如圖 36至圖 38。 4. 1 程序結(jié)構(gòu) 根據(jù)對(duì)整體控制工藝要求分析，本項(xiàng)目程控制工藝較為復(fù)雜，因而采用模塊化編程將機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)臺(tái)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目分解成幾個(gè)子系統(tǒng)，編寫(xiě)各自的子程序進(jìn)行控制。 主程序 OB1 的程序流程圖如圖 42 所示。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 圖 43 SFB49指令調(diào)用 4. 3 急停子程序 為保障機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)臺(tái)的設(shè)備安全運(yùn)行以及操作人員的人身安全，若遇到任何緊急情況，可按下控制面板上的“急停按鈕”，使各執(zhí)行部件立即停止動(dòng)作，并維持在當(dāng)前狀態(tài)以避免發(fā)生意外。 圖 45 復(fù)位程序 4. 5 手動(dòng)子程序 若滿足手動(dòng)子程序調(diào)用條件，可調(diào)用并執(zhí)行手動(dòng)子程序，在手動(dòng)模式下按下操作面板的上行按鈕攝像頭向上運(yùn)行，按下操作面板的下行按鈕攝像頭向下運(yùn)行，按下操作面板的左行按鈕攝像頭向左運(yùn)行，按下操作面板的右行按鈕攝像頭 向右運(yùn)行，這可實(shí)現(xiàn)攝像頭的點(diǎn)動(dòng)控制可以手動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭的位置。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，本設(shè)計(jì)中的步進(jìn)電機(jī)的步距角為 θ=176。每轉(zhuǎn)一周需要的脈沖數(shù) / 4 0 0360N ??? 導(dǎo)軌絲杠的導(dǎo)程 S=8mm，故步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周滑塊移動(dòng) 8mm，則滑塊移動(dòng) 1mm需要脈沖 / 5 0n N S?? 在硬件組態(tài)的脈寬參數(shù)設(shè)置中脈沖周期 T=4。若在自動(dòng)模式下運(yùn)行時(shí)攝像頭移動(dòng)到各限位后，還未到達(dá)設(shè)置時(shí)間會(huì)導(dǎo)致報(bào)警燈亮。初始畫(huà)面主要用于操作人員登錄及各畫(huà)面調(diào)用；運(yùn)行畫(huà)面主要用于監(jiān)視工作臺(tái)運(yùn)行情況和參數(shù)畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面的調(diào)用；參數(shù)畫(huà)面在于設(shè)置所需數(shù)據(jù)對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)控制；報(bào)警畫(huà)面是作為發(fā)生各類操作問(wèn)題及安全問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)報(bào)警提示級(jí)信息記錄；上位畫(huà)面結(jié)構(gòu)如圖 51 所示。項(xiàng)目屬性設(shè)置如圖 52 至圖 53 所示。 圖 54 添加新的驅(qū)動(dòng)程序 建立新驅(qū)動(dòng)程序的鏈接 本設(shè)計(jì)僅是計(jì)算機(jī)與一個(gè) CPU 進(jìn)行短距離信息傳輸且所需傳輸數(shù)據(jù)量較小，故兩者之間的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用 MPI 網(wǎng)絡(luò)。 圖 57WinCC變量表 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 5. 4 初始畫(huà)面 在初始畫(huà)面中設(shè)置了兩個(gè)按鈕，分別是登錄按鈕、進(jìn)入畫(huà)面按鈕。初始畫(huà)面設(shè)置如圖 58 所示。運(yùn)行畫(huà)面如圖 59 所示。 圖 510報(bào)警畫(huà)面 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 5. 7 參數(shù)畫(huà)面 在運(yùn)行畫(huà)面中可以對(duì)參數(shù)畫(huà)面進(jìn)行監(jiān)控，參數(shù)畫(huà)面中設(shè)有遠(yuǎn) /近程模式選擇按鈕；在遠(yuǎn)程模式下點(diǎn)擊手動(dòng)按鈕調(diào)用手動(dòng)子程序，然后單擊上行、下行、左行、右行按鈕中的任一各控制設(shè)備運(yùn)行，進(jìn)行電動(dòng)控制。軟件的調(diào)試即程序調(diào)試，程序調(diào)試的目的是測(cè)試程序、查找錯(cuò)誤、修改錯(cuò)誤，直到能夠?qū)崿F(xiàn)程序的功能為止。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 結(jié) 論 高精度 檢測(cè)技術(shù) 作為推進(jìn) 工業(yè)發(fā)展的 關(guān)鍵 ,機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)因具有精度高、在線、實(shí)時(shí)、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 北京聯(lián)合