基于机器视觉工作分拣系统的设计与组态

摘要：随着社会的不断发展、科技的进步，自动分拣系统越来越便捷、可靠。工业生产上很多流水线采用自动分拣系统。本设计主要采用欧姆龙机器视觉FZ5系统及三菱FX3U系列PLC，对自动分拣系统进行研究，设计了一套具备机器视觉、性能高、可靠性强的、以PLC控制为核心的自动分拣系统，提高了分拣的工作效率、降低了成本、节省了劳动力。

关键词：机器视觉;PLC;自动分拣

中图分类号：TP312   文献识别码：B

文章编号：1009-3044（2022）02-0120-02

1 引言

在工业生产不断进步的过程中，分拣扮演了一个非常重要的角色。本套自动分拣装置结合欧姆龙FZ5机器视觉和传感器技术，在获取各类信息后进行分析后，采用气动装置、变频器、PLC和MCGS組态监控等技术达到现场控制的目的。

自动分拣系统主要由传送带、三相交流异步电动机、伺服电机、PLC、传感器、气阀等部件组成。可以对物体的颜色、使用材料材质、形状进行判别，从而实现不同物体的自动分拣。

2 视觉设备选择

本设计采用欧姆龙的一套完整视觉设备：FZ5机器视觉系统。它包含了工业相机、光源、视觉显示器和控制器等。主要用来辨别物料的特征，本设计主要获取被测物的颜色特征。这套机器视觉设备可以由I/O电缆连接三菱PLC来构建通信，同时也支持串行总线连接通信，生成传输检测结果和数据。

欧姆龙FZ5系统的工作机制如下：首先利用工业相机把目标测得的物体转化成图像信号。然后将这一系列信号转发到图像处理的系统中，图像处理系统就可以自动将颜色、亮度和色素分布信息转化为数字信号;图像处理系统再对图像做出一套运算以及提取检测目标测得物体的特征。最后，将原先设定好的条件值与目标测得的物体的特性值对比，从而获得所需要的有关信息[1]。

如图1所示，视觉单元的主要作用是使用镜头和光源配合采集所需要检测的图像信息，目的是为视觉系统的软件部分进行视觉检测[2];PLC随后接受检测系统所发来的信息，发送拍照信息回去给相机，然后光电传感器分辨不同材质的物料，将判断信息发送给PLC从而控制气缸推出;计算机的主要作用则是对PLC的程序进行编写。

3 自动分拣硬件设计

本设计主要由机器视觉控制系统、三菱PLC系统以及物料分拣系统协调工作，实现自动分拣。将机器视觉FZ5与传统三菱PLC结合，使用气动装置、变频器、PLC和组态监控等技术进行现场自动分拣。分拣机构由气动设备和电气部件构成;气动器件则由气缸，空气压缩机等构建而成;电气元件部分则由三菱FX3U系列PLC、物料材质辨别的各类传感器，机器视觉系统组件，三相异步电动机，电磁阀和开关电源等构成[3]。当物料通过工业相机和传感器时进行物料颜色和材质的辨别，再通过PLC进行在传送带上实现分拣的自动控制，最后进行联机调试，如图2所示。

设计使用的三菱AC伺服MELSERVO-J4系列伺服电机。相对于以前使用的伺服系统，三菱AC伺服机器有着更为丰富的功能和更强的稳定性。此系列的伺服系统含有三个模式：速度控制、位置控制和转矩的控制。如果处在位置控制阶段时候，那么就有4Mps高速指令脉冲输入，他的速度是超级快，因此此类系列的伺服系统大范围主要使用在各种需要高精度的机械工作中。伺服系统应用于伺服电机中，伺服电机的使用为了能够随时掌握机械发动机运行，然后使用辅助马达让其进行变速，最根本的是按照输入信号的信息接收转子的转速，随即开始反应，绝大多数情况下当作执行元件，且线性度高这一特点，很容易将电信号转换成需要的位移或者角速度信号进行输出。如果电压持续在零的时候没有发生自转的情况，那它的转速会随着转矩增加匀速下降。伺服电动机接线图[4]如图3所示。

使用的传感器有光电传感器和电感式传感器（检测金属）。三线制传感器的接线图如图4所示。

4 人机界面设计

人机界面是目前工业控制中使用比较多的一种设施。它主要用于现场数据的采集、前端数据的处理与控制。本次设计选用的是昆仑通态TPC7062i系列的触摸屏，采用MCGS嵌入版7.7版本的MCGS软件进行设计对于触摸屏的组态与操作。根据设计采用三菱FX3U系列PLC进行编程[5]。设计界面如图5所示。

在进行正确参数设置和工程下载完毕后，使用MCGS触摸屏进行可编程控制器和生产设备的操作。用户界面的启动按钮在触摸屏上进行触摸选择，随即生产线开始运作，PLC进行通讯运行，触摸屏所有相关的指示灯会进行显示，触摸界面的各类设备也会同步运行，各类气缸根据PLC指示进行推出缩回操作时，指示灯也会相应显示。值得注意的是在通讯测试运行时不能对PLC进行修改写入，要停止运行才能使得PLC能够通信，在不断调试过程中取得相应的动态画面。

5 总结

本次分拣系统的设计主要是对PLC控制技术、机器视觉技术、MCGS触摸屏技术、传感器技术、伺服电机等技术的综合应用。分拣系统具有操作简单、适用性强、安全稳定等特点。适用于中小型生产线企业，它可以在一定程度上减少残次品的出现，减少与先进自动化生产线生产出产品的质量差距。大大减少了人工的成本及人工生产带来的误差，增加了自己企业在行业内的竞争力。

参考文献：

[1] 杨红军，胡国宇.基于机器视觉的物品分拣系统的设计[J].武汉轻工大学学报，2020，39（5）：84-89，119.

[2] 韩洪元.基于机器视觉的快速分拣食品包装系统研究[J].肉类研究，2020，34（6）：105.

[3] 胡国宇.基于机器视觉的物料分拣搬运系统的设计[D].武汉：武汉轻工大学，2020.

[4] 赵吉清.基于机器视觉的机器人分拣系统的设计与实现[J].电工技术，2020（6）：24-25，28.

[5] 唐咏.基于欧姆龙FZ-SC机器视觉的硬币检测与分拣系统的设计[J].电脑知识与技术，2020，16（4）：168-170.

【通联编辑：梁书】

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