摘要：隨著社會的不斷發(fā)展、科技的進(jìn)步，自動分揀系統(tǒng)越來越便捷、可靠。工業(yè)生產(chǎn)上很多流水線采用自動分揀系統(tǒng)。本設(shè)計主要采用歐姆龍機(jī)器視覺FZ5系統(tǒng)及三菱FX3U系列PLC，對自動分揀系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計了一套具備機(jī)器視覺、性能高、可靠性強(qiáng)的、以PLC控制為核心的自動分揀系統(tǒng)，提高了分揀的工作效率、降低了成本、節(jié)省了勞動力。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺;PLC;自動分揀

中圖分類號：TP312 ? 文獻(xiàn)識別碼：B

文章編號：1009-3044（2022）02-0120-02

1 引言

在工業(yè)生產(chǎn)不斷進(jìn)步的過程中，分揀扮演了一個非常重要的角色。本套自動分揀裝置結(jié)合歐姆龍F(tuán)Z5機(jī)器視覺和傳感器技術(shù)，在獲取各類信息后進(jìn)行分析后，采用氣動裝置、變頻器、PLC和MCGS組態(tài)監(jiān)控等技術(shù)達(dá)到現(xiàn)場控制的目的。

自動分揀系統(tǒng)主要由傳送帶、三相交流異步電動機(jī)、伺服電機(jī)、PLC、傳感器、氣閥等部件組成?？梢詫ξ矬w的顏色、使用材料材質(zhì)、形狀進(jìn)行判別，從而實現(xiàn)不同物體的自動分揀。

2 視覺設(shè)備選擇

本設(shè)計采用歐姆龍的一套完整視覺設(shè)備：FZ5機(jī)器視覺系統(tǒng)。它包含了工業(yè)相機(jī)、光源、視覺顯示器和控制器等。主要用來辨別物料的特征，本設(shè)計主要獲取被測物的顏色特征。這套機(jī)器視覺設(shè)備可以由I/O電纜連接三菱PLC來構(gòu)建通信，同時也支持串行總線連接通信，生成傳輸檢測結(jié)果和數(shù)據(jù)。

歐姆龍F(tuán)Z5系統(tǒng)的工作機(jī)制如下：首先利用工業(yè)相機(jī)把目標(biāo)測得的物體轉(zhuǎn)化成圖像信號。然后將這一系列信號轉(zhuǎn)發(fā)到圖像處理的系統(tǒng)中，圖像處理系統(tǒng)就可以自動將顏色、亮度和色素分布信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號;圖像處理系統(tǒng)再對圖像做出一套運(yùn)算以及提取檢測目標(biāo)測得物體的特征。最后，將原先設(shè)定好的條件值與目標(biāo)測得的物體的特性值對比，從而獲得所需要的有關(guān)信息[1]。

如圖1所示，視覺單元的主要作用是使用鏡頭和光源配合采集所需要檢測的圖像信息，目的是為視覺系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行視覺檢測[2];PLC隨后接受檢測系統(tǒng)所發(fā)來的信息，發(fā)送拍照信息回去給相機(jī)，然后光電傳感器分辨不同材質(zhì)的物料，將判斷信息發(fā)送給PLC從而控制氣缸推出;計算機(jī)的主要作用則是對PLC的程序進(jìn)行編寫。

3 自動分揀硬件設(shè)計

本設(shè)計主要由機(jī)器視覺控制系統(tǒng)、三菱PLC系統(tǒng)以及物料分揀系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)自動分揀。將機(jī)器視覺FZ5與傳統(tǒng)三菱PLC結(jié)合，使用氣動裝置、變頻器、PLC和組態(tài)監(jiān)控等技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場自動分揀。分揀機(jī)構(gòu)由氣動設(shè)備和電氣部件構(gòu)成;氣動器件則由氣缸，空氣壓縮機(jī)等構(gòu)建而成;電氣元件部分則由三菱FX3U系列PLC、物料材質(zhì)辨別的各類傳感器，機(jī)器視覺系統(tǒng)組件，三相異步電動機(jī)，電磁閥和開關(guān)電源等構(gòu)成[3]。當(dāng)物料通過工業(yè)相機(jī)和傳感器時進(jìn)行物料顏色和材質(zhì)的辨別，再通過PLC進(jìn)行在傳送帶上實現(xiàn)分揀的自動控制，最后進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，如圖2所示。

設(shè)計使用的三菱AC伺服MELSERVO-J4系列伺服電機(jī)。相對于以前使用的伺服系統(tǒng)，三菱AC伺服機(jī)器有著更為豐富的功能和更強(qiáng)的穩(wěn)定性。此系列的伺服系統(tǒng)含有三個模式：速度控制、位置控制和轉(zhuǎn)矩的控制。如果處在位置控制階段時候，那么就有4Mps高速指令脈沖輸入，他的速度是超級快，因此此類系列的伺服系統(tǒng)大范圍主要使用在各種需要高精度的機(jī)械工作中。伺服系統(tǒng)應(yīng)用于伺服電機(jī)中，伺服電機(jī)的使用為了能夠隨時掌握機(jī)械發(fā)動機(jī)運(yùn)行，然后使用輔助馬達(dá)讓其進(jìn)行變速，最根本的是按照輸入信號的信息接收轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，隨即開始反應(yīng)，絕大多數(shù)情況下當(dāng)作執(zhí)行元件，且線性度高這一特點，很容易將電信號轉(zhuǎn)換成需要的位移或者角速度信號進(jìn)行輸出。如果電壓持續(xù)在零的時候沒有發(fā)生自轉(zhuǎn)的情況，那它的轉(zhuǎn)速會隨著轉(zhuǎn)矩增加勻速下降。伺服電動機(jī)接線圖[4]如圖3所示。

使用的傳感器有光電傳感器和電感式傳感器（檢測金屬）。三線制傳感器的接線圖如圖4所示。

4 人機(jī)界面設(shè)計

人機(jī)界面是目前工業(yè)控制中使用比較多的一種設(shè)施。它主要用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、前端數(shù)據(jù)的處理與控制。本次設(shè)計選用的是昆侖通態(tài)TPC7062i系列的觸摸屏，采用MCGS嵌入版7.7版本的MCGS軟件進(jìn)行設(shè)計對于觸摸屏的組態(tài)與操作。根據(jù)設(shè)計采用三菱FX3U系列PLC進(jìn)行編程[5]。設(shè)計界面如圖5所示。

在進(jìn)行正確參數(shù)設(shè)置和工程下載完畢后，使用MCGS觸摸屏進(jìn)行可編程控制器和生產(chǎn)設(shè)備的操作。用戶界面的啟動按鈕在觸摸屏上進(jìn)行觸摸選擇，隨即生產(chǎn)線開始運(yùn)作，PLC進(jìn)行通訊運(yùn)行，觸摸屏所有相關(guān)的指示燈會進(jìn)行顯示，觸摸界面的各類設(shè)備也會同步運(yùn)行，各類氣缸根據(jù)PLC指示進(jìn)行推出縮回操作時，指示燈也會相應(yīng)顯示。值得注意的是在通訊測試運(yùn)行時不能對PLC進(jìn)行修改寫入，要停止運(yùn)行才能使得PLC能夠通信，在不斷調(diào)試過程中取得相應(yīng)的動態(tài)畫面。

5 總結(jié)

本次分揀系統(tǒng)的設(shè)計主要是對PLC控制技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、MCGS觸摸屏技術(shù)、傳感器技術(shù)、伺服電機(jī)等技術(shù)的綜合應(yīng)用。分揀系統(tǒng)具有操作簡單、適用性強(qiáng)、安全穩(wěn)定等特點。適用于中小型生產(chǎn)線企業(yè)，它可以在一定程度上減少殘次品的出現(xiàn)，減少與先進(jìn)自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)出產(chǎn)品的質(zhì)量差距。大大減少了人工的成本及人工生產(chǎn)帶來的誤差，增加了自己企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊紅軍，胡國宇.基于機(jī)器視覺的物品分揀系統(tǒng)的設(shè)計[J].武漢輕工大學(xué)學(xué)報，2020，39（5）：84-89，119.

[2] 韓洪元.基于機(jī)器視覺的快速分揀食品包裝系統(tǒng)研究[J].肉類研究，2020，34（6）：105.

[3] 胡國宇.基于機(jī)器視覺的物料分揀搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計[D].武漢：武漢輕工大學(xué)，2020.

[4] 趙吉清.基于機(jī)器視覺的機(jī)器人分揀系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電工技術(shù)，2020（6）：24-25，28.

[5] 唐詠.基于歐姆龍F(tuán)Z-SC機(jī)器視覺的硬幣檢測與分揀系統(tǒng)的設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2020，16（4）：168-170.

【通聯(lián)編輯：梁書】

2423501705310