基于视觉识别引导的多功能自动分拣系统设计研究

党丽峰，张星亮，邵洵玉

（镇江高等职业技术学校，江苏 镇江 212016）

0 引 言

机器视觉系统的出现很好地代替了繁琐的传统人工劳动力，顺应了现代化生产模式的发展，尤其在一些对于人工来说比较危险的工作环境。机器视觉具有客观性、精确性、重复性以及成本低等优势，目前被广泛运用于各种工业领域，很多流水线上高重复度的工作都可以依靠机器视觉系统设备来完成，大大提高了检测的精确度以及工作效率[1]。

1 自动分拣系统的总体设计

自动分拣系统主要是把工件从起始位置往入库位置进行传送,主要有以下几个工位：拍照工位、贴标工位、RFID 工件抓取工位。系统通过传送带将物料传送到视觉系统识别范围内进行拍照识别（可以识别工件表面瑕疵、工件尺寸、工件是否合格等特征）[2]，识别完成后传送带把工件传送到下一个贴标工位范围内，由贴标执行机构（一个模拟贴标的伸缩气缸）进行贴标，贴完标后，传送带把工件送至RFID扫描枪位置，对标签进行扫描识别，并且把相关的条码数据传送到PLC[3]。最后，传送带把工件传送到抓取工位并且由四自由度直角坐标系对工件进行抓取，并将工件放入立体仓库中。在此过程中，四自由度直角坐标系进行合格工件和不合格工件的筛选，系统的整体设计图如图1所示。

1.1 伺服系统传送带

传送系统的皮带由一台80W 的80异步电机加一套1∶10的减速机进行传动，并且采用变频器传动可以对工件位置进行精确定位、扫描、抓取。在工件抓取工位可以实现两种难易程度的抓取方式：一种是工件到指定位置静止下来，由四自由度直角坐标系的执行机构进行抓取，并放入立体仓库。另一种方式是传送带不停止，四自由度直角坐标系随着传送带同步的速度对工件进行抓取，并放入立体仓库。

1.2 智能机器视觉识别系统

对伺服传送带传过来的工件进行工件外形、工件瑕疵、工件尺寸、工件颜色等进行识别。并且把识别结果通过通信传送给主控PLC，以便后面对识别结果进行区分。同时对工件摆放的位置、坐标等信息进行采集，把这些信息通过通信传送给主控PLC，以便抓取工位能够进行精确抓取

1.3 贴标工位、RFID 扫描工位

伺服传送带把工件送到贴标工位后由贴标气缸对工件进行贴标。在跟随贴标的过程中还要考虑在RFID 扫描工位到达之前需要把贴标动作完成，这个对学生实训提出了更高的要求。RFID 扫描完成后把信息通过通信传送给PLC，由PLC 进行分类筛选后去进行抓取和入库动作。

1.4 工件抓取工位

工件到达抓取工位后，四自由度直角坐标系的执行机构到指定的位置抓取工件，并且把工件放置在相应的立体仓库仓储位置中。

1.5 四自由度直角坐标系

整体执行机构是有X、Y、Z 三轴组成，采用气动夹爪，在Z 轴上还增加了角度旋转U 轴，其中X、Y、Z 三轴全部由高响应性的200W 伺服系统构成。

2 自动分拣系统的硬件设计

控制器选用三菱FX5U 运动型PLC，人机界面采用像素为800×400的7寸彩色屏三菱GS2000,伺服驱动器为额定功率200W，17bit 高精度绝对值编码器反馈，双向150Mbps 高速通信控制信号，电机功率为200W,视觉相机选用支持二维码读取的康耐视镜头，RFID 扫描读写范围：0.2m；频率范围：13.56MHz。

3 自动分拣系统的软件设计

本系统软件设计如图3所示，分手动和自动两种模式：手动模式适合系统的整机运行前的调试，在手动模式设置了X、Y、Z 和U 4个轴的点动控制，一键矫正机械手的抓放工件的位置、点动调试机械爪的位置、传输带的速度调试等。在自动模式下：按下启动按钮之后，系统开始运行，传输带启动，传输工件至视觉相机部分，进行拍照和二维码识别，并且将工件信息上传至PLC 控制器，PLC 发送指令给4轴直角坐标系对工件进行抓取，并将工件放入立体仓库中。

3.1 自动分拣系统的视觉软件设计

本项目程序使用Microsoft Visual Studio 软件进行编程，源代码采用visual basic 语言编写，程序结构简单，内容易读；代码编写时需调用算法软件Vision Pro 中的控件以及dll 文件，将软件和算法嵌套在一起，这样在编写时可使用软件来设置算法中使用的参数，同时还可以获取算法的结果，图4为软件运行流程图。

3.2 视觉处理的算法

算法使用Cognex Vision Pro 进行编写，主要采用工具与脚本代码相结合的方式进行开发处理。工件检测实例中主要用到模板匹配工具（CogPMAlign-Tool1）、ID 工具（CogIDTool1）等，工具与工具之间用拖线方式或脚本代码进行参数传递和判断；图5为算法处理流程图。

4 系统调试及运行

本自动化分拣系统的关键部分就是视觉检测，在系统运行过程中，可以实时对待分拣的工件表面的二维码及形状进行拍照和检测，如图6、7工件检测图所示。整套系统的运行精度为0.02mm、重复定位精度为0.02mm，大大提升了分拣效率，降低了企业成本。