基于PLC的机器视觉的应用

基于PLC的机器视觉的应用

一、选题简介、意义

随着经济的发展、PLC应用技术和机器视觉技术水平的逐渐提高，不仅改善人们的生活质量，同时也促进工业的发展。PLC应用技术具有多种功能和较高的可靠性，在工业控制中得到了广泛的应用。机器视觉技术是一门涉及人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、图像处理、模式识别等许多领域的交叉学科。机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，从客观实物的图像中提取信息，进行处理加以理解，最终用于实际检测、测量和控制，它的最大特点是速度快、信息量大、功能多。可以这样说，凡是需要人的视觉的场合，都可以用机器视觉来代替。

本课题主要是通过PLC应用技术来实现控制功能，机器视觉技术来对产品进行检测和测量。针对齿轮的外观、内径以及齿数进行研究，通过机器视觉来检测齿轮的外观是否有缺陷、测量齿轮的内径和计算齿轮的齿数，并将其结果显示在人机界面中；使用PLC应用技术的编程软件来进行编程，用来比较齿轮的齿数是否为29以及对手动来给相机一个脉冲，进行扫描。这种对齿轮的检测方法，在工业中得到了实际性的应用，给工厂带来了许多便捷。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

该系统主要任务是通过PLC应用技术来实现控制功能，机器视觉技术来对齿轮进行检测和测量。

该系统主要能够完成以下功能：利用PLC应用技术的编程软件来对齿轮的齿数进行比较，正常齿轮的齿数为29，将被测齿轮的齿数与29相比较。机器视觉技术来对齿轮的外观进行检测，可以检测出齿轮外观是否有缺陷，通过机器视觉的X-Sight

Studio软件来计量齿轮的齿数，测量齿轮的内径。最终将结果显示在触摸屏上。

本课题的研究就是针对目前工业中生产齿轮的人工检测不仅浪费人员的利用，同时对齿轮的精确度不是太高，人工检测齿轮的外观缺陷度不是太统一等缺点，利用机器视觉技术的检测功能和PLC应用技术的控制功能来进行改进，使其拥有相对检测、控制等功能，同时也能够满足工业生产中对齿轮的高要求。通过本课题研究，使目前对齿轮的外观缺陷度、齿数、内径更加精确，具有非常重要的实用意义和应用价值。

第 1 章引言...........................................................1

1.1 选题背景.........................................................1

1.2 本课题研究的主要内容.............................................2

1.3 研究意义.........................................................2

第 2 章视觉应用系统总体设计............................................4

2.1系统总体流程图................................................ ...4

2.2 XC系列编程软件...................................................4

2.2.1编程方式....................................................5

2.3 Touch Win编辑软件.................................................6

2.4 机器视觉的X-Sight Studio软件.....................................7

第 3 章视觉应用系统硬件设计 ........... ................................9

3.1信捷 PLC控制器.... ...............................................9

3.1.1 PLC控制器的外观组成.......................................10

3.1.2 PLC控制器的执行时序.......................................11

3.2 信捷触摸屏......................................................11

3.2.1 信捷TH765系列触摸屏工作流程...............................13

3.2.2 Down load通讯口............................................13

3.2.3 PLC通讯口.................................................14

3.2.4 触摸屏显示界面............................................15

3.3 信捷光源控制器.. ................................................15

3.3.1光源控制器的各部分名称.....................................16

3.3.2调节光源亮度...............................................17

3.4 相机.. .. .......................................................18

3.4.1相机型号说明...............................................18

3.4.2相机的连接端口与协议标准...................................19

3.4.3 相机结构框图..............................................20

第 4 章视觉应用系统软件设计. ..........................................21

4.1 X-Sight Studio软件检测齿轮外观和计算齿轮齿数与内径.... ..........21

4.2利用XC系列编程软件编写齿轮齿数比较程序..........................22

4.2.1了解PLC软元件的使用与功能.................................22

4.2.2 PLC I/O分配表.............................................23

4.2.3 齿数比较子程序编写.......................................24

4.2.4 齿数比较总程序...........................................25

4.3 Touch Win编辑软件画出各个按钮并与人机界面结合..................26

第 5 章总结.........................................................27

致谢...................................................................28

参考文献.................................................................29

摘要：伴随着经济的飞速发展，自动化技术在现代建设进程中也具有重要的地位。在我国社会主义现代化建设中的许多领域中发挥了重要的作用，产生了深远的影响。自动化技术也推动着我国的工业发展，同时改变着人们的生活方式，如生活中的服务机器人代替人工做家务进入了家庭，改善了人们的生活环境。

随着时代的发展，技术水平的不断提高，机器人也被人们所接受。机器视觉是用机器来代替人的眼睛进行目标的识别、判断和测量，机器视觉技术是可以获取目标对象的图像，并对获取的图像进行处理和测量、识别的一种先进技术[5]。在自动化发展领域中，可编程控制器（PLC）发挥着重要的作用。从可编程序控制器（PLC）的产生到现在，它的控制功能和应用领域不断拓展，实现了由单体设备的简单逻辑控制到运动控制、过程控制以及集散控制等各种的复杂控制任务的进步。现在的可编程序控制器（PLC）在人机接口、处理模拟量、数字计算、工业控制网络等各个领域中发挥着重要作用，已经成为工业控制领域中的主流控制设备之一。

本课题研究的是基于可编程序控制器（PLC）的机器视觉的应用，将可编程序控制器（PLC）与机器视觉技术相结合应用，为工业生产合格的齿轮带来便捷，同时也能检测到齿轮的内径数以及齿轮的外观是否缺陷。论文通过XC系列编程软件、Touch Win编辑软件与机器视觉的X-Sight Studio软件，来进行PLC程序的控制，Touch Win编辑软件对齿轮现象的模拟运行，X-Sight Studio软件对齿轮内径、齿数的计量描述。

关键词：可编程序控制器（PLC）机器视觉技术

第一章引言

伴随着科技的飞速发展，人们生活水平不断得到改善和工业的发展也日益提升。现如今一些先进的技术不断走向人们的生活中以及工业的发展中。

机器视觉技术、PLC应用技术也在随着时代的发展，而不断的提高，应用也越来越广泛。在人们的生活中以及工业生产中等各个领域占据着重要的作用，在改变着人们生活和推动工业发展的同时，研究出一种能够减轻人工劳动力，并且精确性高、外观完美的齿轮正在备受人们的关注。

1.1 课题背景

工业领域中齿轮作为机械传送机器中的核心零部件，齿轮生产工艺的提高对机器性能提升具有很大的促进，现代工业生产中对齿轮生产工艺等方面的要求变得越来越高，其中对齿轮生产中的外观缺陷程度以及计算齿轮的内径是否达到生产要求也提出了不同的检测技术并采用了一些新型检测工具。齿轮的外观检测大致可以分为三种方法。

（1）第一种视觉检测方法为人工检测，这种检测方法不仅增加成本，而且在缺陷比较细小的情况下，很难达到我们对精度性高和速度快的要求。人工检测方法不仅存在对人工没有合理充分的利用，同时也加大了人工的劳动力度，并且对产品的检测没有一致性等缺点。

（2）第二种视觉检测方法为机械装置接触检测，这种方法虽然在质量上能够满足生产的要求，但是检测设备存在价格比较贵、灵活性不好、速度缓慢等缺点，因此从设备的购买成本上而考虑，这为企业增加了采购设备成本。

（3）第三种视觉检测方法为机器视觉检测法，这种检测方法即是利用对图像的处理和对产品的分析可能存在的缺陷进行检测。机器视觉检测这种方法采用不直接接触的方式，并且安装灵活，测量精度和速度都比较高。同一台机器可以实现对不同产品的检测，从而为企业节省了不少的设备开支。

伴随着科技的飞速发展，PLC应用技术和机器视觉技术不断的在各个领域中得到充分的应用。随着科技的不断发展，齿轮的精度要求在工业生产中也变得越来越高，譬如齿轮的齿数是否准确、齿轮的表面是否缺陷以及齿轮的内径是否符合要求。要想满足齿轮高精度的要求，仅仅依靠人们的肉眼来观察和用标尺的测

量，远远不能够精确的检测出齿轮的外观缺陷与内径。因而借助于PLC应用技术、机器视觉技术来解决这些问题，正是对高要求齿轮的一种解决方法。

1.2 本课题研究的主要内容

本课题的主要目的是检测出齿轮的齿数、齿轮的外观缺陷程度以及计算齿轮的内径是否达到生产要求的设计。本论文的主要内容为：

（1）熟练应用XC系列编程软件，并编制齿轮齿数比较程序来控制，从而对齿轮的齿数是否符合正常齿轮齿数的要求进行判断。

（2）利用Touch Win编辑软件，画出各个按钮，比如触发按钮、读数按钮；然后与触摸屏连接，进而将各个按钮，齿轮是否完好无损，齿轮的内径以及齿轮的齿数全部在界面上显示出来。

（3）机器视觉的X-Sight Studio软件，检测齿轮的外观是否缺陷，计算齿轮的内径和齿轮的齿数，并通过相机来对齿轮定位。

（4）通过XC系列编程软件、Touch Win编辑软件、X-Sight Studio软件和相机、信捷光源控制器、信捷PLC控制器、信捷人机界面触摸屏等设备的相互连接，来实现对齿轮齿数的计算与比较、齿轮外观的缺陷程度、齿轮内径的计算以及齿轮位置的定位等观察。

1.3 研究意义

机器视觉技术正在被广泛的应用于各种生产活动中，可以这样说只要需要人们视觉的地方，都有机器视觉存在的必要。尤其是那些人们的视觉无法察觉到的地方，例如高精度的测量、高速度的检测以及具有危险场景的感知等情况下，机器视觉更加展现出其独一无二的优越性[4]。传统的继电器-接触器控制系统被可编程序控制器（PLC）所代替，可编程序控制器具有高的抗干扰能力、可靠性比较高，在具有电磁的干扰、电源的波动、机械的振动以及温度和湿度的变化因素的工业场合中，这些因素都影响着计算机的正常工作，而可编程序控制器（PLC）采用滤波、隔离、屏蔽等抗干扰方法，来减少干扰[1]。另外，PLC还具有简单的控制系统结构，使用起来比较方便。借助于PLC应用技术来实现控制功能，机器视觉技术的检测、计算、定位等功能，来实现对产品的检测与控制，使得那些对精度性、准确性等要求较高的场合以及工业中能够得到满足。

传统的工业生产中齿轮外观是否缺陷、齿数是否准确、齿轮的内径多少等等，都是依靠人工来观察和测量。这种方式存在许多缺点，一是对人工没有充分的利用，二是生产的齿轮精确性和一致性不高，三是齿轮的生产速度不高。而如今PLC应用技术和机器视觉技术的不断改进，大大的可以解决传统的人工检测齿轮带来的缺陷。利用PLC应用技术来对齿轮的齿数进行判断，机器视觉技术检测齿轮的外观是否完美和计算齿轮的内径与齿轮的齿数。工业生产中借助PLC应用技术和机器视觉技术两者的结合来生产齿轮，不仅更好的充分利用人工，而且能够满足齿轮高精度的要求，同时大大增加齿轮的生产速度。借助机器视觉检测这种生产方式具有很好的实用性，给企业生产精度高的齿轮带来许多便捷。

参考文献

[1] 郭琼.《PLC应用技术》.机械工业出版社.2009

[2] 刘爽.《PLC原理与应用技术》.北京电子工业出版社.2015

[3] 王少玲.《PLC控制技术》.北京高等教育出版社.2015

[4] 韩九强.《机器视觉技术及应用》.高等教育出版社.2009

[5] 余文勇.《机器视觉自动化检测技术》.北京化学工业出版社.2013

[6] 陈兵旗.《机器视觉技术及应用实例详解》. 北京化学工业出版社.2014