【正文】 quency to achieve precise positioning camera movement position. Keywords: Automatically Detecting System, PLC, Stepper Motor. 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目 錄 摘 要 ....................................................................................................................................... I Abstract.......................................................................................................................................II 引 言 ...................................................................................................................................... 1 1 緒論 ......................................................................................................................................... 2 上位監(jiān)控 .............................................................................................................................. 2 驅(qū)動(dòng)技術(shù) .............................................................................................................................. 2 2 總體方案設(shè)計(jì) ........................................................................................................................ 4 機(jī)器視覺檢測(cè)臺(tái)控制系統(tǒng)構(gòu)成 ......................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 在工業(yè)生產(chǎn)中 ,傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)需要眾多的檢測(cè)工人 , 且存在眾多人 類視覺不能夠感知的場(chǎng)合，如不可見物體感知、精確定量感知、危險(xiǎn)場(chǎng)景感知等，這不僅影響生產(chǎn)效率加大生產(chǎn)成本 ,而且?guī)聿豢煽考鞍踩蛩?；而作為近幾十年迅速崛起的一種新型計(jì)算機(jī)技術(shù)與科學(xué)，機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)克服了傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)，即是使機(jī)器視覺具有信息處理的能力，用機(jī)器代替人來做相關(guān)的測(cè)量和判斷；所以近年來基于機(jī)器視覺的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)在汽車制造、醫(yī)學(xué)檢測(cè)、食品檢測(cè)以及各種工業(yè)加工品生產(chǎn)檢測(cè)等眾多工作危險(xiǎn)或者人工無法完成的環(huán)境下代替人工工作。目 前市場(chǎng)上的機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)為適應(yīng)不同對(duì)象的檢測(cè)要求，攝像頭的位置通?？梢赃M(jìn)行調(diào)解，但大都是手動(dòng)調(diào)節(jié)或半自動(dòng)調(diào)節(jié)。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1 緒論 機(jī)器視覺是一個(gè)正處在快速發(fā)展中的學(xué)科，其理論體系及控制體系還在不斷完善，而 隨著工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)化程度要求的不斷提高， 對(duì)機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)的要求也在不斷提高，因此進(jìn)一步開展視覺檢測(cè)的實(shí)踐研究和理論探索，引進(jìn)及學(xué)習(xí) 國(guó)外先進(jìn)的機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)與學(xué)術(shù)思想，對(duì)開拓視覺檢測(cè)新的應(yīng)用領(lǐng)域，具有十分重要的意義。其中， InTouch： InTouch 軟件是 第一批 進(jìn)入 中 國(guó)的組態(tài)軟件。 組態(tài)王：組態(tài)王是 中國(guó) 第一家 相對(duì)具 有 一定 影響 力 的組態(tài)軟件開發(fā)公司 ； 組態(tài)王 給用戶 提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語言支持方便中國(guó)用戶使用， 組態(tài)王也提供多種硬件驅(qū)動(dòng)程序。 現(xiàn)行市場(chǎng)中所流通的驅(qū)動(dòng)設(shè)備主要分為氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)。氣壓驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)是裝置體積大，功率質(zhì)量比小，同時(shí)由于空氣的可壓縮性使得機(jī)器人在任意定位時(shí)，位姿精度不高。 液壓驅(qū)動(dòng)與氣壓驅(qū)動(dòng)相比體積小，驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)，系統(tǒng)的固有效率高，且快速性好，功率質(zhì)量比大，同時(shí)液壓驅(qū)動(dòng)的速度調(diào)節(jié)比較簡(jiǎn)單，能夠在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；用電液伺服調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向和液體流量時(shí)，可以使機(jī)器人的軌跡重復(fù)性提高；液壓驅(qū)動(dòng)的缺點(diǎn)是易漏油，這將影響定位的精度與工作的穩(wěn) 定性，而且會(huì)造成污染環(huán)境。 電氣驅(qū)動(dòng)是利用各種電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩或力，直接或經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)去驅(qū)動(dòng)負(fù)載，減少了由電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)，直接獲得要求的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；由于電氣驅(qū)動(dòng)具有響應(yīng)快，信號(hào)監(jiān)測(cè)、信號(hào)監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)精度高，信號(hào)監(jiān)測(cè)、使用方便，成本低廉，不污染環(huán)境，北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 傳遞和處理方便，驅(qū)動(dòng)效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，電氣驅(qū)動(dòng)已經(jīng)成為市場(chǎng)中應(yīng)用最多，最普遍的驅(qū)動(dòng)方式。 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 總體方案設(shè)計(jì) 機(jī)器視覺自動(dòng)檢測(cè)臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?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。 機(jī)械結(jié)構(gòu) 機(jī)器視覺自動(dòng)檢測(cè)臺(tái)系統(tǒng)主要包括傳輸機(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)。所以需要設(shè)計(jì)傳送裝置，而升降機(jī)構(gòu)與水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要工作是驅(qū)動(dòng)升降 機(jī)機(jī)構(gòu)和水平機(jī)構(gòu)將攝像頭移動(dòng)到指定位置，可以使用絲杠滑桿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖如圖 21所示。機(jī)器視覺設(shè)備包括攝像頭，光源（可選）和計(jì)算機(jī)。驅(qū)動(dòng)升降機(jī)機(jī)構(gòu)和水平機(jī)構(gòu)將攝像頭移動(dòng)到指定位置，可以使用絲杠滑桿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)需要顯示攝像頭當(dāng)前的位置，并通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。 （ b）復(fù)位：系統(tǒng)啟動(dòng)后，按下復(fù)位按鈕 SB2，攝像頭回復(fù)初始位置。 （ d）就地控制：系統(tǒng)啟動(dòng)且攝像頭回復(fù)初始位置后，可通過控制面板上的手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)按鈕調(diào)節(jié)攝像頭位置，通過控制面板上的啟停按鈕實(shí)現(xiàn)傳送帶的啟停傳輸。 （ e）遠(yuǎn)程控制：攝像頭具體位置可在上位監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行顯示。在系統(tǒng)啟動(dòng)且攝像頭回復(fù)到初始位置后，可以通過上位監(jiān)控系統(tǒng)中的手動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)攝像頭位置的點(diǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，而在自動(dòng)模式下在參數(shù)畫面中放置的輸入輸出域中輸入移動(dòng)量，點(diǎn)擊確定按鈕可對(duì)攝像頭進(jìn)行精確定位，以及對(duì)傳送帶進(jìn)行遠(yuǎn)程啟停控制。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)施方案在控制器、 控制工藝、驅(qū)動(dòng)設(shè)備、上位監(jiān)控軟件及網(wǎng)絡(luò)通信方式選擇進(jìn)行以下分析。其中，傳輸機(jī)構(gòu)主要負(fù)責(zé)傳輸待檢測(cè)工件，將待檢測(cè)工件運(yùn)送到指定位置，所以傳送裝置可以采用價(jià)格低廉的直流電機(jī)來進(jìn)行件的傳輸，而升降機(jī)構(gòu)與水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要工作是驅(qū)動(dòng)升降機(jī)機(jī)構(gòu)和水平機(jī)構(gòu)將攝像頭精確移動(dòng)到指定位置，因此可以使用步進(jìn)電機(jī)或北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 （ 2）控制器選擇 目前市場(chǎng)上的機(jī)器視覺檢測(cè)系 統(tǒng)主要分為 PLC系統(tǒng) 及 單片機(jī) 系統(tǒng)，而 PLC 憑借著可靠的、分立邏輯和簡(jiǎn)單的模擬 I/O 且 系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，并能與上位機(jī) 組成 復(fù)雜的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化 ； 編程簡(jiǎn)單，使用方便， 可 采用簡(jiǎn)明的邏輯圖 、 語句表 、 梯形圖等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易，系統(tǒng)開發(fā)周期短。 因此本課題選用 PLC作為控制系統(tǒng)。而相對(duì)于其他品牌的 PLC，西門子 PLC 的模擬量模塊價(jià)格便宜， 開放性好， 程序簡(jiǎn)單， 性能質(zhì)量好 ,支持多種通信協(xié)議 ,產(chǎn)品售前售后服務(wù)到位，適用多種人機(jī)界面和監(jiān)控 組態(tài)軟件 利于多廠家設(shè)備的通訊與集成，西門子 具有 很多功能塊，減 輕 了設(shè)計(jì)人員的 編程 負(fù)擔(dān)。 （ 3）上位監(jiān)控軟件選擇 目前市場(chǎng)上的 上位監(jiān)控軟件有 iFIX、組態(tài)王、 InTouch、 WinCC 等等。綜上所述， 最終選用 WinCC 作為控制系統(tǒng)的上位監(jiān)控軟件 。 圖 24 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 3 硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)驅(qū)動(dòng)設(shè)備選型與控制工藝要求，選擇相應(yīng)控制驅(qū)動(dòng)設(shè)備以及所需其他設(shè)備，進(jìn)行硬件選型，硬件接線與硬件設(shè)計(jì)。在分析相應(yīng)的控制任務(wù)和需實(shí)現(xiàn)的功能情況下總結(jié)統(tǒng)計(jì)出，本設(shè)計(jì)共需數(shù)字量輸入信號(hào)14個(gè)；數(shù)字量輸出信號(hào) 11個(gè)；數(shù)字量輸入信號(hào)表詳見表 31；數(shù)字量輸出信號(hào)詳見表32。經(jīng)過信號(hào)分析可知本設(shè)計(jì)共需數(shù)字量輸入信號(hào) 14 個(gè)；數(shù)字量輸出信號(hào) 9個(gè)；高速脈沖信號(hào)輸出 2 個(gè)，所以還需要擴(kuò)展模塊，本設(shè)計(jì)選擇 6ES7 3231BH010AA0 型號(hào)的數(shù)字量輸入輸出模塊。 表 34 硬件清單表 序號(hào) 材料 /器件 型號(hào) /規(guī)格 /訂貨號(hào) 1 PLC 分布式機(jī)架 6ES7 3901AE800AA0 2 開關(guān)電源 HB60W124V1b 3 CPU 6ES7 3136CE010AB0 4 數(shù)字量輸入輸出模塊 6ES7 3231BH010AA0 5 永磁直流減速電機(jī) 302YJ 6 兩相步進(jìn)電機(jī) 35 HBP22BL4TRO 7 選擇開關(guān) T80T 8 按鈕 (綠色 ) LA128A 9 按鈕 (紅色 ) LA128A 北京聯(lián)合大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 續(xù)表 34 硬件清單表 序號(hào) 材料 /器件 型號(hào) /規(guī)格 /訂貨號(hào) 10 按鈕 (黃色 LA128A 11 按鈕 (白色 ) LA128A 12 急停按鈕 AVW 668 13 216。16 藍(lán)色指示燈 AD1616V 15 216。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的課題任務(wù)，機(jī)器視覺檢測(cè)臺(tái)的硬件模塊選擇及配置如圖 31所示。 2 號(hào)槽安裝 CPU 模塊。 3 號(hào)槽為接口模塊本設(shè)計(jì)不需要，所以 3 號(hào)槽空出不安裝模塊。 北京聯(lián)合大學(xué)