CN100573386C - 精整机影像定位控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明精整机影像定位控制系统及其控制方法涉及的是专为精整机(整形压机)配套的外围设备控制系统，适用于粉末冶金、磁性材料等相关行业。控制系统由影像机构、可编程序控制器(PLC)、伺服驱动装置和送料机构组成；精整机影像机构由影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L、工控机、照相机、背灯光和显示器共同组成；可编程序控制器(PLC)的处理核心单元CPU具有两个RS-485通讯接口，其中一个为自由通讯口与影像机构进行串行通讯，接收来自影像机构的数据，即实际产品的偏差角度，可编程序控制器把接收来的偏差角度转换成脉冲数，并通过其位置模块把相应的脉冲数发送给伺服控制器，由伺服控制器驱动伺服电机来控制调整转盘的转动方向及角度。
Description
技术领域
本发明精整机影像定位控制系统及其控制方法涉及的是专为精整机(整形压机)配套的外围设备控制系统，适用于粉末冶金、磁性材料等相关行业。
背景技术
目前精整机普遍采用人工定位及送料的方式，费时又费力，难以实现生产的自动化，而且人工参与定位与产品放置，降低了整个生产的安全系数，增加了安全隐患，而且人工定位产品，使其精度受到一定限制，同时人工放置时压机需停止运作，调整后才开启，就造成了精整机的频繁启动，缩短了相关部件的使用寿命，且大大降低了生产效率。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处提供一种精整机影像定位控制系统及其控制方法，通过照相机镜头对产品进行拍照并与标准产品方位进行比较，再由可编程序控制器PLC控制伺服电机转动转盘进行调整及机械手的抓取，能实现不同复杂形状产品的准确定位及产品的快速准确放置；通过精整机影像定位控制系统能实现生产的连续化和自动化，能实现一人看管多台机器，极大地提高了生产率，且精整过程不需要人工的参与，大大降低了废品率，安全可靠。
精整机影像定位控制系统及其控制方法是通过以下方案实现的：
精整机影像定位控制系统主要由精整机影像机构、可编程序控制器(PLC)、伺服驱动装置和送料机构组成。精整机影像机构采用美国康耐视(Cognex)集成式系统，可编程序控制器(PLC)选用西门子S7-200，伺服驱动装置采用台达(ASDA)系列。
精整机影像机构采用美国康耐视(Cognex)集成式系统，主要由影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L、工控机、照相机、背灯光和显示器共同组成；影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L是精整机影像机构的核心，它通过PCI卡槽插入到工控机上，其中工控机采用凌华机，显示器为17寸飞利浦液晶显示器，照相机采用Sony XC-ST50，其像素可达30万，在工业照相机中属于高像素产品，它被安装在调整转盘的上方，通过专用电缆300-0181-15与工控机相连，背灯光是由若干个晶体光源灯(LED)组成，被安装在转盘下部，提供照相时所需的光源，此种光源稳定可靠，抗干扰能力强，不受外界光源的影响，从而可以保证拍摄质量，精整机影像机构的分辨精度可达0.01度，拍摄速度可达几百微秒，当精整机影像机构处于连续运行状态时(Online状态)，且可编程序控制器(PLC)检测到调整转盘上有产品时便通过I/O端口向影像处理集成式板卡芯片(MVS-8100L)发射一个触发信号(trigger信号)，接受此命令后由照相机对产品进行拍照，画面由显示器显示，同时通过安装在工控机上影像处理集成式板卡芯片(MVS-8100L)的专用处理软件VisionPro对画面进行分析，得出特征点的偏差角度。
可编程序控制器(PLC)S7-200的处理核心单元CPU(CPU型号为216-2AD23-0XB8)具有两个RS-485通讯接口，其中一个可以定义为自由通讯口与精整机影像机构进行串行通讯，接收来自精整机影像机构的数据，即实际产品的偏差角度，可编程序控制器把接收来的偏差角度转换成脉冲数，并通过其位置模块(EM253)把相应的脉冲数以脉冲串输出形式(PTO)发送给伺服控制器，由伺服控制器驱动伺服电机来控制转盘的转动方向及角度。
伺服驱动装置是由伺服控制器和伺服电机组成，伺服控制器与伺服电机之间有两条连接线，一是伺服电机的电源线，是由伺服控制器输出接口提供，二是伺服电机编码器反馈信号线，伺服电机把其编码器的信号通过此反馈信号线反馈给伺服控制器的检测器接口，伺服控制器把它与PLC给定的脉冲值进行比较，即实现了一个闭环控制，从而达到一个动态平衡状态。
送料机构包括调整转盘、夹取汽缸、夹取机械手和送料汽缸(可选用无杆汽缸)，送料汽缸具有滑动导轨、气动滑块，通过电磁阀的得失电来控制送料汽缸的通断气以驱动气动滑块在滑动导轨上的往返运动，即在调整转盘和凹模板之间做来回运动，气动滑块上装有夹取汽缸，在其下部装有夹取机械手，用来抓取调整转盘上调整好的产品。
精整机影像定位控制系统的控制方法如下：
预先将产品放置在调整转盘上，手动调整至其正确的工位，调整转盘上方精整机影像机构的照相机对产品进行拍照，照相机镜头上有光圈调整和焦距调整两个旋钮，调整两旋钮直到生成的产品图像最清晰，再把此标准的图像存储在工控机存储器中，并通过安装在工控机上的监控与操作软件(VisionPro)标定出产品的特征点，在产品精整过程中，可编程序控制器(PLC)检测到转盘上有产品时发出一触发信号给影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L，影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L收到此信号后触发相机对产品进行拍照，并将图像与正确的且已经预先存储的图像相比较，通过安装在工控机上的监控与操作软件(VisionPro)自动计算出它与标准图片中相同特征点的角度差，并将结果通过串口通讯方式传送至可编程序控制器(PLC)，可编程序控制器(PLC)接收到数据后向伺服驱动器发出相应的脉冲数，而伺服电机则将驱动调整转盘转动，从而使产品得到正确的工位。
安装在工控机上的监控与操作软件(VisionPro)是市售的康耐视影像处理的专用软件，它是基于VB的语言编程环境，可根据需要自行编程，灵活运用性强，且操作界面直观简单，进入VisionPro软件，只需要选择产品的特征点并点击训练(Trainning)按钮，标准的图像便已存储进工控机中，极大方便了更换产品时的调整操作，大大提高了适用产品的类型和范围，在连续精整过程中，只需要点击一次Online按钮，便激活了运行系统，操作十分简单方便。
当产品调整结束后，接着由机械手抓取已经调整过的产品通过送料汽缸送至凹模正上方，等待精整。
本发明精整机影像定位控制系统及其控制方法设计合理、结构紧凑，通过照相机镜头对产品进行拍照并与标准产品方位进行比较，再由可编程序控制器(PLC)控制伺服电机转动转盘进行调整及机械手的抓取，能实现不同复杂形状产品的准确定位，产品快速准确的放置；通过精整机影像定位控制系统能实现生产的连续化和自动化，大大降低了废品率，提高了生产率且不需要人工的参与，安全可靠。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
图1是精整机影像定位控制系统原理框图。
图2是精整机影像定位控制系统流程图。
图3是精整机影像定位控制系统的伺服驱动器及送料机构示意图。
具体实施方式
参照附图1-3，精整机影像定位控制系统主要由精整机影像机构、可编程序控制器(PLC)、伺服驱动装置和送料机构组成。精整机影像机构采用美国康耐视(Cognex)集成式系统，可编程序控制器(PLC)选用西门子S7-200，伺服驱动装置采用台达(ASDA)系列。
精整机影像机构采用美国康耐视(Cognex)集成式系统，主要由影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L、工控机、照相机、背灯光和显示器共同组成；影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L是精整机影像机构的核心，它通过PCI卡槽插入到工控机上，其中工控机采用凌华机，显示器为17寸飞利浦液晶显示器，照相机采用Sony XC-ST50，其像素可达30万，在工业照相机中属于高像素产品，它被安装在调整转盘的上方，通过专用电缆300-0181-15与工控机相连，背灯光9是由若干个晶体光源灯(LED)组成，被安装在调整转盘8下部，提供照相时所需的光源，此种光源稳定可靠，抗干扰能力强，不受外界光源的影响，从而可以保证拍摄质量，精整机影像机构的分辨精度可达0.01度，拍摄速度可达几百微秒，当精整机影像机构处于连续运行状态时(Online状态)，且可编程序控制器(PLC)检测到调整转盘8上有产品时便通过I/O端口向影像处理集成式板卡芯片(MVS-8100L)发射一个触发信号(trigger信号)，接受此命令后由照相机对产品进行拍照，画面由显示器显示，同时通过安装在工控机上影像处理集成式板卡芯片(MVS-8100L)的专用处理软件VisionPro对画面进行分析，得出特征点的偏差角度。
可编程序控制器(PLC)S7-200的处理核心单元CPU(CPU型号为216-2AD23-0XB8)具有两个RS-485通讯接口，其中一个可以定义为自由通讯口与精整机影像机构进行串行通讯，接收来自精整机影像机构的数据，即实际产品的偏差角度，可编程序控制器把接收来的偏差角度转换成脉冲数，并通过其位置模块(EM253)把相应的脉冲数以脉冲串输出形式(PTO)发送给伺服控制器，由伺服控制器驱动伺服电机10来控制调整转盘8的转动方向及角度。
伺服驱动装置是由伺服控制器和伺服电机10组成，伺服控制器与伺服电机10之间有两条连接线，一是伺服电机10的电源线，是由伺服控制器输出接口提供，二是伺服电机编码器反馈信号线，伺服电机把其编码器的信号通过此反馈信号线反馈给伺服控制器的检测器接口，伺服控制器把它与外界给定的值做比较，以达到一个动态平衡。
送料机构包括调整转盘8、夹取汽缸6、夹取机械手4和送料汽缸(可选用无杆汽缸)3，送料汽缸3具有滑动导轨、气动滑块5，通过电磁阀的得失电来控制送料汽缸3的通断气以驱动气动滑块5在滑动导轨上的往返运动(即在调整转盘8和凹模板1之间做来回运动)，气动滑块5上装有夹取汽缸6，在其下部装有夹取机械手4，用来抓取调整转盘8上调整好的产品。送料汽缸3可选用无杆汽缸。
精整机影像定位控制系统的控制方法如下：
预先将产品7放置在调整转盘8上，手动调整至其正确的工位，调整转盘8上方精整机影像机构的照相机对产品进行拍照，照相机镜头上有光圈调整和焦距调整两个旋钮，调整两旋钮直到生成的产品图像最清晰，再把此标准的图像存储在工控机存储器中，并通过安装在工控机上的监控与操作软件(VisionPro)标定出产品的特征点，在产品精整过程中，可编程序控制器(PLC)检测到调整转盘8上有产品时发出一触发信号给影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L，影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L收到此信号后触发相机对产品进行拍照，并将图像与正确的且已经预先存储的图像12相比较，通过安装在工控机上的监控与操作软件(VisionPro)自动计算出它与标准图片中相同特征点的角度差，并将结果通过串口通讯方式传送至可编程序控制器(PLC)，可编程序控制器(PLC)接收到数据后向伺服驱动器发出相应的脉冲数，而伺服电机10则将驱动调整转盘8转动，从而使产品得到正确的工位。
安装在工控机上的监控与操作软件(VisionPro)是市售的康耐视影像处理的专用软件，它是基于VB的语言编程环境，可根据需要自行编程，其操作界面直观简单，进入VisionPro软件，只需要选择产品的特征点并点击训练(Trainning)按钮，标准的图像便已存储进工控机中，极大方便了更换产品时的调整操作，在连续精整过程中，只需要点击一次Online按钮，便激活了运行系统，操作十分简单方便。
当产品调整结束后，接着由机械手4抓取已经调整过的产品11通过送料汽缸3送至凹模2正上方，等待精整。凹模2装在凹模板1上。
所述的精整机影像机构的分辨精度可达0.01度，拍摄速度可达几百微秒，当精整机影像机构处于连续运行状态时(Online状态)，且可编程序控制器(PLC)检测到调整转盘8上有产品时便通过I/O端口向影像处理集成式板卡芯片(MVS-8100L)发射一个触发信号(trigger信号)，接受此命令后由照相机对产品进行拍照，画面由显示器显示，同时通过安装在工控机上影像处理集成式板卡芯片(MVS-8100L)的专用处理软件VisionPro对画面进行分析，得出特征点的偏差角度。
Claims (7)
1、一种精整机影像定位控制系统，其特征在于控制系统由精整机影像机构、可编程序控制器PLC、伺服驱动装置和送料机构组成；
精整机影像机构由影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L、工控机、照相机、背灯光和显示器共同组成；影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L是精整机影像机构的核心，通过PCI卡槽插入到工控机上，照相机安装在调整转盘的上方，通过专用电缆与工控机相连，背灯光安装在转盘下部，
可编程序控制器PLC的处理核心单元CPU具有两个RS-485通讯接口，其中一个为自由通讯口与精整机影像机构进行串行通讯，接收来自精整机影像机构的数据，即实际产品的偏差角度，可编程序控制器把接收来的偏差角度转换成脉冲数，并通过其位置模块EM253把相应的脉冲数以脉冲串输出形式PTO发送给伺服控制器，由伺服控制器驱动伺服电机来控制转盘的转动方向及角度；
伺服驱动装置是由伺服控制器和伺服电机组成，伺服控制器与伺服电机之间有两条连接线，一是伺服电机的电源线，是由伺服控制器输出接口提供，二是伺服电机编码器反馈信号线，伺服电机把其编码器的信号通过此反馈信号线反馈给伺服控制器的检测器接口，伺服控制器把它与外界给定的值做比较，以达到一个动态平衡；
送料机构包括调整转盘、夹取汽缸、夹取机械手和送料汽缸，送料汽缸具有滑动导轨、气动滑块，通过电磁阀的得失电来控制送料汽缸的通断气以驱动气动滑块在滑动导轨上的往返运动，即在调整转盘和凹模板之间做来回运动，气动滑块上装有夹取汽缸，在其下部装有夹取机械手，用来抓取调整转盘上调整好的产品。
2、根据权利要求1所述的精整机影像定位控制系统，其特征在于显示器为液晶显示器。
3、根据权利要求1所述的精整机影像定位控制系统，其特征在于背灯光是由若干个晶体光源灯LED组成。
4、根据权利要求1所述的精整机影像定位控制系统，其特征在于送料汽缸采用无杆汽缸。
5、一种精整机影像定位控制系统的控制方法，其特征在于控制方法如下：
预先将产品放置在调整转盘上，调整至其正确的工位，调整转盘上方精整机影像机构的照相机对产品进行拍照，照相机镜头上有光圈调整和焦距调整两个旋钮，调整两旋钮直到生成的产品图像最清晰，再把此标准的图像存储在工控机存储器中，并通过安装在工控机上的监控与操作软件标定出产品的特征点，在产品精整过程中，可编程序控制器PLC检测到调整转盘上有产品时发出一触发信号给影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L，影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L收到此信号后触发相机对产品进行拍照，并将图像与正确的且已经预先存储的图像相比较，通过安装在工控机上的监控与操作软件自动计算出它与标准图片中相同特征点的角度差，并将结果通过串口通讯方式传送至可编程序控制器PLC，可编程序控制器PLC接收到数据后向伺服驱动器发出相应的脉冲数，而伺服电机则将驱动调整转盘转动，从而使产品得到正确的工位；
当产品调整结束后，接着由机械手抓取已经调整过的产品，通过送料汽缸送至凹模正上方，等待精整。
6、根据权利要求5所述的精整机影像定位控制系统的控制方法，其特征在于所述的精整机影像机构的分辨精度可达0.01度，拍摄速度可达几百微秒，当精整机影像机构处于连续运行状态时，且可编程序控制器PLC检测到调整转盘上有产品时便通过I/O端口向影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L发射一个触发信号，接受此命令后由照相机对产品进行拍照，画面由显示器显示，同时通过安装在工控机上影像处理集成式板卡芯片MVS-8100L的专用处理软件对画面进行分析，得出特征点的偏差角度。
7、根据权利要求5所述的精整机影像定位控制系统的控制方法，其特征在于安装在工控机上的监控与操作软件是康耐视影像处理的专用软件。
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