摘要:为实现工业生产中便携式计算机外壳表面缺陷的自动检测，设计一种基于视觉检测的PLC智能控制系统，有效提高生产自动化程度。基于原有自动生产线，采用SolidWorks软件对整个装置进行改造设计，包括视觉检测、次品移除、料盘存储等装置。通过视觉检测技术有效识别便携式计算机外壳缺陷，结合PLC控制技术、气动与传感器技术，实现成品与次品的自动识别与分装，降低生产成本，提高生产效率。改造后的装置具有广泛的市场需求和工业应用前景。
关键词:可编程控制器(PLC);视觉检测;智能控制系统
0前言
工业生产中的检查、测量及零件识别等涉及连续大批量生产且对外观质量要求非常高。通常这种高度重复性的动作靠人工来完成，给工厂增加了巨大的人工成本和管理成本的同时，仍然不能保证“零缺陷”。随着现代信息技术的不断发展，智能检测技术应运而生。通过机器视觉自动识别，结合自动控制技术，可实现检测及分拣一体化操作。刘百芬等［1］通过机器视觉技术对PCB裸板缺陷进行检测，获得了较高的检测准确率。张俊民［2］结合机器视觉技术、自动化技术，设计了一款PLC灯板的质量检测系统，通过图像处理技术判定PLC灯板是否存在缺陷，进而实现自动分拣。与一般的图像处理系统相比，机器视觉适用于大批量生产过程中的测量、检查和辨识，其速度快、精度高、自动化程度突出，能很好满足现代制造业的需求［3－4］。便携式计算机的外壳在进行下一步组装前需要进行部件缺失或偏位检测，并将次品剔除后存储。目前该项工作采用人工检测，效率低、速度慢、劳动强度大，因此急需研制一套自动检测系统以满足实际生产需要。本文作者基于可编程控制技术，通过机器视觉进行缺陷检测与比对，对便携式计算机外壳的部件进行次品自动分拣，保证产品零缺陷。介绍该设备的工作原理及主要结构，为同类生产线的改进提供参考。
1生产线流程改造方法
在原有生产线中增加自动检测装置，如图1虚线区域所示［5］。工人在上料工位将便携式计算机的外壳放置在上料处，经自动流水线传送到视觉相机处进行拍照识别，如果无误则自动输送到主流水线进入下一步工位;如果有误则启动次品剔除装置进行次品移除与存储。
2自动检测机构设计和工作过程
2.1机构设计
该装置由视觉检测、次品移除装置、料盘存储装置组成。在SolidWorks软件中设计各零部件［6］，并进行装配干涉检测，装配完成后机构如图2所示。
2.2动作流程设计
该装置功能区域如图3所示，动作流程设计如下:(1)产品从A处上料，皮带线将产品运送至B;(2)皮带线停止，视觉相机进行拍照分析;(3)如果是成品，皮带线运行，将产品送至F处，进入主线进行后续流程;如果视觉分析发现问题，次品移动机构将B处产品吸起，移动到D处，放置于空料盘中;(4)料盘移动机构将C处空料盘、D处满料盘同时移向E处，原C处空料盘放置D处等待放料，原D处满料盘放置E处码垛;(5)C处空料盘取走后底部码垛电机驱动机构上升;(6)E处上料后，底部码垛电机驱动机构下降保持C/D/E处于统一水平面;(7)设备暂停时，产品可直接从主输送线下流走。
2.3气动控制回路设计
为保证动作的可靠性及气路连接的简便性，次品移动机构和料盘移动机构的动作设置通过内置磁环气缸实现，选用三位四通双向电磁阀控制，而吸取料盘的动作通过单向电磁阀控制真空发生器实现。气动回路设计如图4所示［7－8］。
3电气控制系统设计
3.1硬件选型
控制系统硬件结构如图5所示。系统采用PLC进行控制，同时，为方便操作人员对设备运行进行实时监控和操作，采用人机界面触摸屏，使人机交互更加简单、直观［9］。主要元件选型如下:(1)PLC。考虑系统性能及工业应用，选用三菱Q03UDE型PLC，该PLC采用模块化结构，通过总线插槽将CPU、I/O和特殊功能模块连接，大大节约空间;(2)触摸屏采用三菱触摸屏GOT2000系列;(3)变频器采用三菱E700系列;(4)视觉系统采用X-SIGHTSTUDIO信捷智能相机。
3.2控制系统PLC程序设计
控制系统程序设计流程如图6所示。根据系统控制要求，系统应具备初始化、复位、手动/自动控制、急停控制及互锁控制等功能，每项功能对应的动作如表1所示。
3.3人机界面(HMI)设计
图7、图8分别是人机界面的主控制界面、部分控制界面。如图7所示，通过与PLC通信交换数据，在HMI中可以分别对步进电机调试、气缸/真空调试、参数设置、I/O监控等进行设置，并能实时监控系统的各种状态［10］。当系统出现超程或无料时会自动报警提示，且将提示信息实时显示在信息栏中，以便操作者能第一时间发现异常，及时进行相关处理。通过此方式能极大缩短异常处理时间，提高工作效率。
4结语
本文作者应用视觉技术、自动控制技术等，设计并实现了一款可用于便携式计算机外壳表面缺陷检测的智能控制系统，通过图像识别与对比，实现对产品的自动化检测、分拣与存储。目前，该系统已在生产企业投入使用，结果表明其动作可靠、性能稳定，大大提高了生产率，减轻了工人劳动强度，保证了交货期。
作者：金燕 代皇 李书齐 单位：常州工程职业技术学院智能制造学院 合肥迪灿智能科技有限公司
