為了提高生產(chǎn)水平、保證生產(chǎn)質(zhì)量，人們將視覺傳感器引入到汽車零部件的裝配線中，從而實(shí)現(xiàn)了對汽車零部件生產(chǎn)過程的嚴(yán)格監(jiān)控。
轉(zhuǎn)向節(jié)總成裝配線是用于裝配轎車的前轉(zhuǎn)向節(jié)，球頭銷裝配是其中的一道工序。轉(zhuǎn)向節(jié)分左轉(zhuǎn)向節(jié)和右轉(zhuǎn)向節(jié)，球頭銷也分左右兩種類型。關(guān)鍵之處在于轉(zhuǎn)向節(jié)與球頭銷匹配的問題，即左轉(zhuǎn)向節(jié)上必須裝配左球頭銷，右轉(zhuǎn)向節(jié)上必須裝配右球頭銷。不同類別的球頭銷上有不同的標(biāo)識，左球頭銷上的標(biāo)識為L，右球頭銷上的標(biāo)識為R。
然而在長期高強(qiáng)度的生產(chǎn)過程當(dāng)中，操作者的肉眼很難保證轉(zhuǎn)向節(jié)與球頭銷的完全匹配。一旦出現(xiàn)誤裝的不合格品，又沒有及時被發(fā)現(xiàn)，流入市場后將對用戶及廠家本身都造成難以預(yù)測的損失。因此，在轉(zhuǎn)向節(jié)總成裝配線上引入視覺傳感器迫在眉睫。
本文以天合富奧汽車安全系統(tǒng)（長春）有限公司的轉(zhuǎn)向節(jié)總成裝配線為例，介紹OMRON視覺傳感器的功能特點(diǎn)，以及與PLC結(jié)合使用完成檢測任務(wù)的方法。
功能特點(diǎn)
1.豐富而細(xì)致的測量方法
OMRON視覺傳感器（見圖1）有17種可供選擇的測量方法，幾乎可以滿足所有領(lǐng)域的檢測需要。在每一種測量方法之下還可以進(jìn)行細(xì)致的輔助測量設(shè)置，比如定標(biāo)、位置補(bǔ)償和表達(dá)式等。
圖1 OMRON視覺傳感器
2.強(qiáng)大的存儲及擴(kuò)展能力
在沒有使用存儲卡的情況下，OMRON視覺傳感器可以設(shè)置32個工件畫面。這32個工件畫面隸屬于工件組0，是存儲在控制器閃存中的。在使用了128M存儲卡后，最多可以存儲32個工件組、1 024個工件畫面和1～31工件組數(shù)據(jù)保存在存儲卡中。
閃存中可以存儲0～35共36個先前的測量圖像。
3.多種通訊方式
共有4種可選的通訊方式：并口用于與外部設(shè)備以數(shù)字I/O的方式通信；串行接口菜單操作用于通過個人電腦的鍵盤代替小控制器完成對F160菜單的設(shè)置操作；普通串行接口用于以無協(xié)議方式于外部設(shè)備（PC）通信；上位鏈接串行接口，與PLC等帶有串行接口的外部設(shè)備以發(fā)送或接收指令碼的方式通信。后兩種通訊方式只有專家菜單支持。
4.實(shí)用的其他輔助功能
OMRON視覺傳感器可以設(shè)置視覺系統(tǒng)啟動后自動進(jìn)入的狀態(tài)；在顯示的屏幕上定制個性顯示；智能照明或普通照明可選；隨時檢查系統(tǒng)信息；密碼保護(hù)放置無關(guān)人員隨意更改設(shè)置。
5.使用靈活、可靠、便捷
OMRON視覺傳感器的菜單系統(tǒng)分為對話菜單和專家菜單，簡單的測量使用對話菜單即可，復(fù)雜的測量要使用專家菜單。每一種檢測方法的設(shè)置流程簡單而實(shí)用，小巧簡單的小控制器便于操作。每進(jìn)行一步設(shè)置的時候，屏幕上都有豐富的操作提示，非常容易掌握。
系統(tǒng)構(gòu)建
左右類型不同的轉(zhuǎn)向節(jié)，球頭銷在其上面所安裝的位置方向相差甚遠(yuǎn)。一個相機(jī)不可能完成檢測任務(wù)，因此采用雙相機(jī)檢測的方式。
系統(tǒng)構(gòu)建如圖2所示：
圖2 視覺系統(tǒng)
1.視覺傳感器的構(gòu)成
此視覺傳感器構(gòu)成如下：一個視覺控制器，型號為F160-C15E-2，屬于PNP型；兩個相機(jī)，型號為F150-S1A；兩根相機(jī)電纜，型號為F150-VS；兩個相機(jī)鏡頭，型號為MLH-10X；一根并口電纜，型號為F160-VP；一個視覺監(jiān)視器，型號為UT-O64；一根監(jiān)視器電纜，型號為F150-VM；一個控制手柄（小控制器），型號為F150KP；視覺照明為多組普通日光燈；其他安裝附件。
視覺控制器使用24V直流電源，控制器上RUN指示燈亮了之后表示其運(yùn)行正常。0號相機(jī)用于左件檢測，1號相機(jī)用于右件檢測；小控制器用于對菜單進(jìn)行設(shè)置操作；監(jiān)視器用于顯示被檢工件的圖像、檢測結(jié)果和菜單信息。
2.外部設(shè)備
與視覺控制器通訊的外部設(shè)備是OMRON CS系列PLC。PLC通過并口電纜以數(shù)字I/O的方式與視覺控制器進(jìn)行通訊。一方面PLC向視覺控制器發(fā)送切換工件和檢測命令，另一方面PLC接收視覺控制器發(fā)出的檢測結(jié)果。
3.設(shè)備連接
按照圖2將各個設(shè)備連接在一起，并檢查各個設(shè)備是否工作正常。
軟件設(shè)置
1．視覺控制器設(shè)置
在此，OMRON視覺檢測系統(tǒng)中使用的是專家菜單下的分類檢測方法。將不同類型球頭銷上的標(biāo)識（L或R）分別登錄在不同的索引號下（0或1），視覺控制器通過相應(yīng)的相機(jī)將被檢工件上的標(biāo)識拍攝下來，然后將其與已登錄的各個索引號下的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識圖像比較，找到一個與被檢球頭銷標(biāo)識圖像最接近的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識畫面，即認(rèn)為被檢球頭銷與該標(biāo)準(zhǔn)球頭銷屬于同一類型，然后輸出該標(biāo)準(zhǔn)球頭銷的索引號。
通過控制手柄在視覺控制器上進(jìn)行設(shè)置流程如圖3所示：
圖3 設(shè)置流程
（1） 選擇工件、鏡頭和方法
畫面的左上方有2個菜單。首先在左邊菜單中通過小控制器選擇0號工件畫面即Scn0（用于左轉(zhuǎn)向節(jié)檢測畫面）。然后在右邊菜單中選擇SET模式，之后將提示選擇相機(jī)，選擇camera0（0號相機(jī)用于左轉(zhuǎn)向節(jié)檢測）。接下來要為0號相機(jī)調(diào)焦，設(shè)置相機(jī)快門速度，使得監(jiān)視器上所拍攝的工件圖像清晰可辨。完成后選擇classification，即分類檢測方法。
（2） 登錄模型
在下一級菜單中選擇model registration，然后選擇registration開始登錄標(biāo)準(zhǔn)球頭銷畫面，接著選擇box（登錄矩形的畫面）和or（登錄的畫面以或的形式與標(biāo)準(zhǔn)畫面比較），最后選擇Add（增加登錄區(qū)域）將出現(xiàn)圖4（a）所示的矩形選擇框。拖動選擇框?qū)⑵浞胖迷谟卿泩D形的合適位置，然后回車改變其大小，使選擇框剛好將欲登錄圖形圈住，再次回車之后選擇End，一個左球頭銷標(biāo)準(zhǔn)圖形就登錄完畢了。如果左球頭銷有多種樣式，則可以將每種樣式的球頭銷都登錄到0號索引號之后，但最多不超過5種。按照同樣的方式將右球頭銷登錄在1號索引號之后，同樣也可以登錄不超過5種不同樣式的右球頭銷，如圖4（b）所示。圖4（c）為左右球頭銷全部登錄完成后的畫面。
圖4 登錄模型
（3） 設(shè)置搜索范圍
左右球頭銷全部登錄完成后，退出上面圖4（c）畫面，選擇search region，出現(xiàn)圖5所示畫面，圖5中的矩形方框即為搜索范圍，當(dāng)檢測進(jìn)行的時候，視覺控制器僅在此范圍內(nèi)尋找被檢工件上的左右標(biāo)識，此區(qū)域設(shè)置的越大，受工件位置偏移的干擾就越小，檢測就越可靠，但是檢測的時間也越長。拖動光標(biāo)改變選擇框的大小，選擇一個合適的搜索范圍。
圖5 搜索范圍
（4） 設(shè)置判斷條件
在搜索范圍設(shè)置完成后，返回到上一級菜單中，選擇judgement conditions將出現(xiàn)在圖6所示畫面。可以通過小控制器更改畫面中的合格相似度范圍，允許的XY方向移動范圍。圖6中允許的相似度范圍設(shè)定在60%～100%之間，實(shí)際檢測結(jié)果為79%，中心坐標(biāo)的X方向值和Y方向值也都在設(shè)定的允許范圍之內(nèi)，這說明當(dāng)前球頭銷與已登錄的一個標(biāo)準(zhǔn)球頭銷的相似度在所設(shè)置的合格范圍之內(nèi)，那么就認(rèn)為當(dāng)前球頭銷與該標(biāo)準(zhǔn)球頭銷屬于同一類別，即同一索引號。此時視覺控制器便通過相應(yīng)的輸出端子輸出該索引號。
圖6 判斷條件
（5） 改變詳細(xì)條件和設(shè)置坐標(biāo)模式
不用改變，使用默認(rèn)設(shè)置。
（6） 設(shè)置表達(dá)式
在主畫面右側(cè)菜單的Set模式中選擇expression，然后選擇Judge0，進(jìn)入表達(dá)式設(shè)置畫面。Judge0對應(yīng)著一個輸出端，現(xiàn)在要做的是為此輸出端配置輸出條件。首先選擇一個測量指標(biāo)，此處選用測量區(qū)域0發(fā)出的索引號即R0.IN。為這個測量指標(biāo)設(shè)置一個判斷輸出的條件，如圖7所示。設(shè)置完成后，當(dāng)被檢球頭銷被識別為左球頭銷時，Judge0對應(yīng)的輸出端有輸出。
圖7 Judge0表達(dá)式
同理，Judge1對應(yīng)著另一個輸出端，為Judge1配置輸出條件。選擇的測量指標(biāo)還是測量區(qū)域0發(fā)出的索引號即R0.IN。為這個測量指標(biāo)設(shè)置一個判斷輸出的條件，如圖8所示。設(shè)置完成后，當(dāng)被檢球頭銷被識別為右球頭銷時，Judge1對應(yīng)的輸出端有輸出。
圖8 Judge1表達(dá)式
（7） 設(shè)置于外部設(shè)備的通訊方式
在主畫面右邊菜單的system設(shè)置中選擇communications，然后選擇parallel（并口通訊）。在那里對并口通訊進(jìn)行各種設(shè)置。將ON state設(shè)置成：OK:ON。其他使用默認(rèn)設(shè)置，并口通訊設(shè)置完畢。
到此為止，0號工件畫面即Scn0的檢測設(shè)置完成。然后為1號工件畫面進(jìn)行設(shè)置（Scn1用于右轉(zhuǎn)向節(jié)檢測）。Scn1使用camera1，接著為1號相機(jī)調(diào)焦，設(shè)置相機(jī)快門速度。同樣選擇classification，即分類檢測方法。接下來的設(shè)置過程于Scn0完全一樣。視覺控制器設(shè)置全部完成后，一定要記得保存這些設(shè)置。
2.PLC程序
如圖9所示，PLC程序準(zhǔn)備好并運(yùn)行起來之后之后，即可進(jìn)行視覺檢測。
圖9 PLC程序
檢測過程
當(dāng)球頭銷被裝配到轉(zhuǎn)向節(jié)上之后，隨線體放行到達(dá)視覺檢測工位。PLC通過其他傳感器（光電開關(guān)）預(yù)先識別到當(dāng)前被檢轉(zhuǎn)向節(jié)是左還是右，然后發(fā)送切換工件畫面命令（DI0、DI7和DI9）至視覺控制器。待視覺控制器上的工件畫面（Scn0或Scn1）切換完成后，PLC向控制器發(fā)送開始檢測命令（RUN）。視覺控制器接收到檢測命令后，通過相應(yīng)的相機(jī)（左轉(zhuǎn)向節(jié)使用0號相機(jī)，右轉(zhuǎn)向節(jié)使用1號相機(jī)）攝入被檢工件上球頭銷的圖像，并將此球頭銷的圖像與已經(jīng)登錄的標(biāo)準(zhǔn)球頭銷圖像比較，按先前所設(shè)置的判斷條件將被檢球頭銷分類（是左件還是右件）。如果被識別為左件，Judge0對應(yīng)的輸出端輸出信號，如果被識別為右件，Judge1對應(yīng)的輸出端輸出信號。PLC接收到視覺控制器所輸出的左球頭銷或者右球頭銷信號，通過PLC梯形圖程序進(jìn)行判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)向節(jié)與球頭銷是否匹配。如果不匹配，則通過聲光報警提示操作者；如果匹配，則產(chǎn)生放行信號，一個轉(zhuǎn)向節(jié)與球頭銷匹配與否的視覺檢測完成。
結(jié)束語
該向節(jié)裝配線使用了視覺檢測系統(tǒng)后，極大地減少了球頭銷誤裝的情況，提高了產(chǎn)品質(zhì)量、降低了操作者的工作負(fù)擔(dān)。即使廠家所使用的球頭銷品種發(fā)生了改變，只需要重新登錄新品種的標(biāo)準(zhǔn)模型即可。這種靈活、可靠和便捷的檢測手段給用戶帶來了非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益，樹立了良好的產(chǎn)品形象。(end)
