基于PLC的视觉检测工业零部件系统设计

基于PLC的视觉检测工业零部件系统设计

一、选题简介、意义

可编程序控制器（PLC）是一种以微型计算机为核心的通用工业控制器，其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复杂任务。现已成为现代工业控制领域的主流控制设备之一。

机器视觉是指通过模拟人类功能感知外部世界并有效地代替人解决问题，其通过光学的装置和非接触的传感器自动的接受和处理一个真实物体的图像，通过分析图像获得所需信息或用于控制机器运动的装置。

将机器视觉和PLC运动控制结合起来是现代化工业生产的趋势所向，通过视觉检测的方法可以提高生产效率以及生产自动化的程度，尤其是在一些不适合人工作业的危险工作环境或人眼难以满足要求的场合，用机器代替人工，并通过PLC通信控制完成的方法，不仅能推动智能和自动化系统的发展，也将拓宽计算机与各种智能机器的研究范围和应用领域。

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、方法与措施等）

1、课题的主要研究内容

以PLC为控制中心，利用机器视觉检测工件；并将检测结果交由PLC处理，能实现生产线自动一体化过程，减少人工参与与干涉。

2.要解决的问题

如何设计PLC控制工件现场运动模式；

如何编写智能相机检测程序；

如何将两者通讯连接。

3.预期目标

工业流水线现场经常会要求同一批出厂的工件形状、大小、规格全部相同，而制造难免出现误差的情况。该系统则可以通过智能相机确定一个合格的工件，并将其设为默认条件，在现场用默认工件的数据与其他同一批工件进行比较，从而筛选出合格与不合格的工件，并发送信号给PLC，将工件区分。从而达到客户对工件的精度要求，提高工业生产的严谨化。

4.研究步骤

本课题的工作步骤分为四个阶段：

第一阶段：查阅相关文献，进行市场调研、收集相关资料、确定课题方案，并完成开题报告；

第二阶段：完成系统框架的构建，进行硬件设计以及软件设计；

第三阶段：在计算机上进行程序模拟运行；

第四阶段：整理并完善相关的技术资料，并完成毕业设计论文及答辩。

5.工作方法及措施

工作方法：本课题主要采用实验法。

措施：在查阅了相关资料并了解硬件设备的使用及其注意事项，基于在实验室进行的实验时所获得的实践经验，并在教师的指导下，以PLC和机器视觉为核心，设计开发出了检测生产现场工业零部件的系统。

第一章、序言 1

1.1课题研究意义 1

1.2 课题来源 2

第二章、机器视觉和PLC的总体方案 3

2.1机器视觉的发展与介绍 3

2.2 PLC的介绍 4

2.3 方案设计 5

第三章、相机硬件选型与安装 7

3.1相机选型 7

3.2 镜头选型 8

3.3 光源选择 9

3.4硬件安装 11

第四章、智能相机程序编辑 12

第五章、PLC方案设计 22

5.1 硬件选型 22

5.1.1 PLC选型 22

5.1.2继电器 23

5.1.3 气缸 23

5.2 PLC程序设计 24

5.2.1 I/O分配表 24

5.2.2 编程设计 25

5.3 系统框架说明 26

第六章、结论 27

第七章、附录 28

参考资料 30

第一章、序言

1.1课题研究意义

在现代生产工业的背景下，对生产出来的工件精度要求也愈发上升。即使是流水线生产的工件也难免会产生误差，造成同一批工件出现大小，形状的不一致。而随着时代的发展，即使是再小的误差也可能会造成不可估量的危险或损失，这点在越是精密，集成度越高的生产上尤为突出。而之前的由人眼检测误差的方法也随着时代发展的洪流而逐渐显示出其弊端。如检测缺漏以及人眼疲劳等现象，人眼识别困难重重，因此急需一种可以代替人眼并且具有检测误差功能的机器或方法。

在这种背景下迅速发展成型并流入市场大量使用的就是机器视觉中的一部分功能：智能相机检测。其优点在于不会因为视觉感官的疲劳而产生缺漏现象，只要按照程序里的固定检测方法全部检测一遍，即使是几毫米甚至更细微的误差也能区别并显示出来。这点在越是精密的相机里越是能充分体现。

并且智能相机通过上位机可以和PLC互相通讯，从而达到检测区分过程全部自动化，大大减少由人力而产生的误差以及节省人力资源。提高生产过程自动化程度。这点也符合现代生产过程趋向于全面自动化，大大解放双手，节省生产所需劳动力这一发展大方向。在以后的生产过程中，用机器代替人力是大势所趋，所以机器视觉的发展并定是现代化发展的方向。

机器视觉在未来的发展中技术方面必将区域数字化和智能化，图像采集的数字化让传输可以通过宽带技术获得更高的处理速度。以及在发展过程中更先进的处理算法将会随着时代的发展而出现，这样的技术也会得到更广泛的应用。而其中智能相机凭借其体积小，集成度高，开发性能广阔等优点将逐渐占据市场主要地位，且智能相机的许多部件和技术都来自于IT行业，价格也定会和手机电脑的发展形势相同是不断降低的过程。一方面在现代的生产流水线当中已经采用机器视觉领域产品的区域，毫无例外的都对机器视觉的产品产生依赖性，另一方面机器视觉产品将应用到其他更广的领域当中，所以机器视觉的市场将不断增大。

1.2 课题来源

令我研究本次课题的的原因是因为本人在一家主要以机器视觉为中心发展的公司里实习了过一段时间。期间学习了基础的视觉检测程序的编辑方法，以及外出给各个客户现场调试智能相机的经验。发现市场对机器视觉这块了解比较少，且机器视觉能应用的范围也确实比较广阔，这项技术的发展前景也呈现出相对较好的状况。因此启发本次论文的大纲以及课题的论述

结论

本次论文来源于实际，但并没有全部照搬，控制流程和要求做了简化和必要修改。但整体方向和功能没变。在生产过程中仅需要一名普通员工按照上位机上显示的检测结果进行工件分类，整体过程自动化程度较高，基本靠程序流程完成检测过程。而且成本一次性投资，后期维修与调试可能性较小。属于“一劳永逸”性质的生产，符合现代化生产的发展方向。

另外相机程序则是经过生产检验的，正确性可以保证。主要想提出的一点是这次相机的定位程序，原本的定位程序与最终版差距较大，而多次实验表示了最终定下来的这段定位程序精确度要高于之前的3到5个版本。由此可以看出相机程序复杂多变，思维模式仍需要不断提升和训练，才能在遇到各种问题时更完美的解决。

参考资料

1.郭琼，PLC应用技术第二版。 2014.5

2.余文勇，石绘，机器视觉自动检测技术。 2013.7

3.白柳，于军，液压与气压传动。 2017.8

4.埃姆维工业控制设备有限公司，In-Sight 培训资料，智能相机与镜头介绍，光源种类和使用方法。

5.姚福来，田英辉，孙鹤旭等，自动化设备和工程的设计，安装，调试，故障诊断。2012.10

6.单光磊，摄像技术通用教程，2017.5