馬華杰，袁永軍，潘 歡

(1.寧夏大學 物理與電子電氣工程學院，銀川 750021；2.寧夏小巨人機床有限公司，銀川 750002)

0 引言

凸輪軸支撐件是汽車發(fā)動機的重要零件之一，其質量對發(fā)動機的性能有至關重要的影響[1]。對于同一汽車制造廠家，不同型號的凸輪軸支撐件在局部外觀特征、尺寸上只有細微的差別，因此在產(chǎn)品切換加工時，要對凸輪軸支撐件的差異化特征進行識別。若判斷失誤，將導致產(chǎn)品廢棄，機床撞刀等問題[2]。傳統(tǒng)生產(chǎn)模式只能通過人工識別進行判斷剔除，其可靠性差、效率低、無法滿足自動化生產(chǎn)的需要[3]。近年來國外視覺技術迅速發(fā)展，由于其具備可靠性好、準確度高、效率高等特點，在很多領域得到了廣泛的應用[4-6]。隨著中國制造業(yè)的飛速發(fā)展，2D/3D視覺技術也廣泛應用于生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)中[7]。本文提出將2D視覺系統(tǒng)應用于凸輪軸支撐件加工自動化生產(chǎn)線，實現(xiàn)了零件特征的自動識別和混線自動剔除功能。

1 凸輪軸支撐件加工生產(chǎn)線概述

凸輪軸支撐件加工自動化生產(chǎn)線由2D相機、機械手、機床、上下料料道、廢料道、抽檢臺、激光打標機、三菱Q系列PLC系統(tǒng)、以太網(wǎng)交換機、總控觸摸屏等組成。該生產(chǎn)線可以加工凸輪軸支撐件的A型和B型兩種零件，如圖1和2所示，兩種零件的差別在圖中已標出。

圖1 A型凸輪軸支撐件 圖2 B型凸輪軸支撐件

2 2D視覺系統(tǒng)的選型

在凸輪軸支撐件加工自動化生產(chǎn)線中，視覺系統(tǒng)需要和總控PLC、機械手PLC連接，而康耐視視覺系統(tǒng)提供了完善的通訊協(xié)議，可以與三菱Q系列PLC進行快速連接。同時康耐視產(chǎn)品具有靈活性強，操作簡單，性能優(yōu)越等特點[8]。因此本文選用康耐視In-Sight 7200 2D視覺系統(tǒng)。

3 2D視覺系統(tǒng)在生產(chǎn)線中的應用

3.1 拍照識別和打碼工作流程

當總控PLC接收到打標臺零件搬入請求信號時，向機械手發(fā)送零件搬入信號，搬運完成后，2D視覺系統(tǒng)自動進行拍照并對零件特征進行一致性判定。若當前零件特征和系統(tǒng)設定的零件特征不一致，機械手將搬出零件放入廢料道；若當前零件特征和系統(tǒng)設定的零件特征一致，打標機對零件進行打碼、讀碼，讀碼完成后進行結果判定。若讀碼結果合格，機械手抓取零件放入機床進入生產(chǎn)線加工。若讀碼結果不合格，機械手抓取零件放入廢料道。拍照識別和打碼工作流程圖如圖3所示。

圖3 拍照識別和打碼工作流程圖

3.2 視覺系統(tǒng)和總控PLC之間的通訊連接

康耐視In-Sight 7200 2D視覺系統(tǒng)和總控PLC之間的通訊連接如圖4～圖6所示。圖4為總控PLC與康耐視2D相機網(wǎng)絡通訊端口地址設定?？偪豍LC和相機之間數(shù)據(jù)交互地址設置如圖5所示?？偪豍LC控制相機的信號地址為D1500、D1501，2D相機狀態(tài)輸出地址為D1502、D1503；總控PLC控制相機的輸入數(shù)據(jù)地址為D1700-D1729，2D相機反饋給總控PLC的數(shù)據(jù)地址為D1600-D1629。圖像特征判定設置如圖6所示。若以圖案1為判定標準，將圖案1地址D01702設置為1，其他圖案地址設置為0。

圖4 網(wǎng)絡通訊端口設置

圖5 總控PLC和相機之間數(shù)據(jù)交互地址設置

圖6 圖像特征判定設置

3.3 視覺系統(tǒng)聯(lián)機控制PLC程序

3.3.1 拍照觸發(fā)控制PLC程序

當總控PLC接收到料道PLC拍照執(zhí)行和打標臺有料信號時，拍照控制邏輯啟動，M2500置1，PLC程序如圖7所示。

圖7 拍照觸發(fā)控制PLC程序

3.3.2 相機光源開啟和觸發(fā)命令執(zhí)行PLC程序

當拍照控制邏輯M2500和相機在線信號D1502.7同時為1時，相機光源控制Y9F得電，延時0.5s之后，相機觸發(fā)控制信號D1500.1接通。PLC程序如圖8所示。

圖8 相機光源開啟和觸發(fā)命令執(zhí)行PLC程序

3.3.3 當前零件類型設定PLC程序

當觸發(fā)控制信號D1500.1接通時，當前零件類型控制信號D1501.0接通。若當前加工零件為A型零件時，M2511為1，M2512為0，輸出控制數(shù)據(jù)D1702為1，D1703為0；若當前加工零件為B型零件時，M2511為0，M2512為1，輸出控制數(shù)據(jù)D1703為1，D1702為0。零件類型設定PLC程序如圖9所示。

圖9 當前零件類型設定PLC程序

3.3.4 零件特征識別結果輸出PLC程序

若當前加工零件為A型零件，當比對結果數(shù)據(jù)D1605為1、D1606為0，相機比對檢查結束時，特征識別一致信號M2000置1；當比對結果數(shù)據(jù)D1605為0、D1606為1，相機比對檢查結束時，特征識別不一致信號M2001置1。B型零件特征識別過程和A型零件相同。識別結果輸出PLC程序如圖10所示。

圖10 零件特征識別結果輸出PLC程序

3.3.5 零件特征識別結果處理PLC程序

當打標臺有料信號X509、相機控制邏輯信號M2600、特征識別一致信號M2000、打標機準備好信號D525.0”同時為1時，打標機開始打碼，同時打碼信息傳遞給總控PLC；當“打標臺有料信號X509、相機控制邏輯信號M2600、特征識別一致信號M2000”同時為1時，總控反饋特征識別一致信號Y50E給料道PLC，料道滑臺不移動，繼續(xù)打碼；當“打標臺有料信號X509、相機控制邏輯信號M2600、特征識別不一致信號M2001”同時為1時，總控反饋特征識別不一致信號Y50F給料道PLC，料道滑臺移出，打標機不打碼，料道PLC發(fā)送不合格零件移出信號給機械手PLC。識別結果處理PLC程序如圖11所示。

圖11 零件特征識別結果處理PLC程序

3.4 2D視覺系統(tǒng)識別效果

視覺系統(tǒng)識別效果如圖12所示。由圖12可以看出當前相機拍照的零件為A型凸輪軸支撐件，系統(tǒng)設置A型零件為“產(chǎn)品1”，識別結果說明A型凸輪軸支撐件識別通過，識別結果正確。

圖12 A型凸輪軸支撐件識別判斷結果

4 結束語

本文將2D視覺系統(tǒng)成功應用于凸輪軸支撐件加工自動化生產(chǎn)線?？蛻衄F(xiàn)場調(diào)試運行表明，該方法可以對凸輪軸支撐件外觀特征做出準確、快速的判斷，避免了人工識別判斷失誤的問題，解決了以往自動化加工生產(chǎn)線中普遍存在的混線加工撞機問題，提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)線自動化水平，同時為自動切換的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)奠定了基礎。不同型號的零件共線生產(chǎn)是自動化生產(chǎn)線的發(fā)展趨勢，該方法也適用于其他零件共線加工自動化生產(chǎn)線。