PLC的全自动同心度检测和包装机的设计
目录
引言 1
一、系统总体方案 2
二、硬件系统 2
（一）机械结构 2
1．送料装置 2
2．载料装置 3
3．自动分类装置 3
4．包装装置 4
（二）光学成像系统 4
1．照明装置 5
2．CCD相机 6
（三）图像采集与处理系统 7
（四）电气控制系统 8
1．传感器 9
2．驱动器 10
3．触摸屏 11
三、软件系统 12
四、安装与调试 17
（一）安装 17
（二）调试 18
总结 20
致谢 21
参考文献 22
引言
二十一世纪是科技高速发展的时代，汽车技术也同样不停在发展，现在的汽车不仅仅是依靠汽油，还依靠纯电动或混合动力，但是它们都离不开Fakra接插件，因为Fakra接插件在导航系统、远程控制、车载电话、车载电视、音响设备、天线等功能都发挥着重要作用。同时，伴随着汽车的发展，对于Fakra接插件的质量要求也是越来越高，这也是本次课题的研究目标。
在完成本课题的过程中，如何准确测量同心度便成了至关重要的一步，本课题采用的是利用CCD检测技术来测量Fakra接插件的同心度，这也使得同心度的测量变得更加精确，实时和准确。
此外,采用了传感器数据采集的方式,对光电传感器、激光传感器、电感传感器、光栅进行分析，实现了传感器的驱动，通过USB通信协议实现了软硬件之间的数据传输。
通过对本课题的研究，了解了Fakra接插件的重要性，同时对同心度检测技术也有了进一步的了解，还有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
对传感器的了解也同样是更加深入了，而且也认识到了欧姆龙PLC软件的一些特点。总的说来，此次研究全面接触到了软硬件的结合，更进一步锻炼了实际能力。
一、 系统总体方案
全自动同心度检测与包装机的设计目的是为了研制一个可以自动进行同心度检测图像信息采集与处理，信息数据计算及实现实时分类的装置。从具体实现功能上可分为机械结构，包括载料装置、送料装置、自动分类装置和包装装置，还有光学成像系统、图像采集及显示系统、电气控制系统，这四个系统可统称为硬件系统，最后还有软件系统。系统的整体框图。如图1-1所示。
图1-1 系统整体框图
其中单向实线箭头表示检测过程中FAKRA接插件的传送路径，双向实线箭头表示系统图像数据及控制信号的流向，虚线则表示了光学成像通路。
二、 硬件系统
（一）机械结构
全自动同心度检测与包装机的机械结构主要包括送料装置、载料装置、自动分类装置和包装装置这四个部分。
1．送料装置
送料装置的功能就是将Fakra接插件以正确的方向，位置到达目的地，此装置我们是通过振动盘来实现的。如图2-1所示。
图2-1 振动盘
振动盘就是Fakra接插件的送料装置，它包括圆振和直振两部分，圆振，就是单轴圆运动惯性振动，圆振是利用惯性电机工作时，偏心块产生的惯性力迫使振动盘产生振动，使振动盘里的物料产生圆周运动，使Fakra接插件进行圆周运动，而在运动的过程中，通过不停振动，不停变换Fakra接插件的方向和位置，然后再经过直振，将其直线运送到下一个工位处。直振为双振动电机驱动，利用振动电机激振的原理工作。当两台电机作同步、反向旋转时，其偏心块所产生的振动力在平行于电机轴线的方向相互抵消，在垂直于电机轴的方向叠为一合力，因此振动盘末尾的运动轨迹为一直线。
2．载料装置
载料装置的功能就是将Fakra接插件以正确的位置，用机械手将其放置于载料盘上的凹槽里，一个载料盘上有四个凹槽，并以激光传感器来检测其是否已经放置到位。如图2-2所示。
图2-2 载料装置
3．自动分类装置
自动分类装置的功能就是将检测后的Fakra接插件按照检测标准放入下一个料杯中，当完成同心度的检测后，根据检测标准判断其合格情况，然后由机械手抓取Fakra接插件将其通过料槽投入NG盒还是投入包装设备。如图2-3所示。
图2-3 NG盒
4．包装装置
包装装置的功能就是将检测完成后良品Fakra接插件进行最后的包装，先通过机械手将Fakra接插件放进包装盒，包装机运作，当激光传感器检测到当前一个包装盒有Fakra接插件，则利用高温对齐进行封装，完成整个机器的最后一步。如图2-4所示。
图2-4 包装装置
（二）光学成像系统
光学成像系统中有两个重要的参数，图像亮度和对比度，而决定这两个重要参数的便是光路系统的质量。通常，为了避免自然光源或灯光对其工作状态的影响，光路设计均采用自足光源，且要求亮度大、亮度可调、均匀性好、稳定性高，以抑制外界光照对图像质量产生较大影响而导致故障或误判行为。其次，光路系统的设计应满足视场要求和图像分辨率的要求，其设计质量决定了图像系统的准确性。光学成像系统组成框图，如图2-5所示。
Fakra接插件
图2-5 光学成像系统组成框图
1．照明装置
照明在整个光学成像系统中扮演着重要的角色，它直接影响了成像的质量及应用效果。照明的作用并不仅仅是照亮物体而已，而是要尽可能地突显物体的特征，在需要检测的部分与不需要的地方产生明显的区别，以增加对比度，同时还需要保证物体的整体亮度，确定物体位置的变化不会影响成像的质量。
照明方式大致可以分为七类，1.反射照明:包括环形照明等，可广泛均匀的照射，适应于普通表面检测。2.背光照明：从对象物的背景照射，适用于检测薄型工件的形状、尺寸和位置。3.斜光照明：从侧面照射对象物，适用于想尽量减少光泽影响的表面检测。4.同轴垂直照明：从与镜头光轴相同的位置照射，适用于光泽面的表面检测、位置尺寸检测。5.低角度照明：从非常低的角度照射对象物，适用于检测光泽面上的瑕疵、污点等。6.圆顶照明：从整个圆周对对象物进行均匀照射。7.点照明：主要与同轴式的微距镜头组合使用，可获得如对齐标记等的高分辨率、高对比度的图像。
此次，因为只需获取Fakra接插件内孔的图像，成像相对比较简单，所以采用的是第一类，反射照明的方式，运用高亮度光线进行轮廓检测，高密度的LED产生高亮度的光，从Fakra接插件的上面以高亮度进行均匀照射，获取高清晰的物体轮廓，可获得Fakra接插件的外形和规格的数据。但是高亮度的光会使被测物体上产生轻微的光源，因此为了防止来自LED的反光，需要安装偏振片，它的作用是让它的透振方向与物体周围反射光的偏振方向垂直，不让反射光进入CCD相机镜头，这样就可以减弱反射光,从而使Fakra接插件再次变得清晰。如图2-6所示。
表2-1 CCD相机规格
型号 CV-200C
类型 CCD*1
图2-10 IAI机械手驱动器
3．触摸屏
触摸屏属于人机交互界面，人机交互界面是指人与计算机系统之间的通信手段或平台，是人与计算机之间进行各种符号和动作的双向信息交换的平台。人机界面的标准化设计会是未来的发展方向，因为它确实体现了易懂、简单、实用的基本原则，充分表达了以人为本的设计理念。如图2-11所示。
引言 1
一、系统总体方案 2
二、硬件系统 2
（一）机械结构 2
1．送料装置 2
2．载料装置 3
3．自动分类装置 3
4．包装装置 4
（二）光学成像系统 4
1．照明装置 5
2．CCD相机 6
（三）图像采集与处理系统 7
（四）电气控制系统 8
1．传感器 9
2．驱动器 10
3．触摸屏 11
三、软件系统 12
四、安装与调试 17
（一）安装 17
（二）调试 18
总结 20
致谢 21
参考文献 22
引言
二十一世纪是科技高速发展的时代，汽车技术也同样不停在发展，现在的汽车不仅仅是依靠汽油，还依靠纯电动或混合动力，但是它们都离不开Fakra接插件，因为Fakra接插件在导航系统、远程控制、车载电话、车载电视、音响设备、天线等功能都发挥着重要作用。同时，伴随着汽车的发展，对于Fakra接插件的质量要求也是越来越高，这也是本次课题的研究目标。
在完成本课题的过程中，如何准确测量同心度便成了至关重要的一步，本课题采用的是利用CCD检测技术来测量Fakra接插件的同心度，这也使得同心度的测量变得更加精确，实时和准确。
此外,采用了传感器数据采集的方式,对光电传感器、激光传感器、电感传感器、光栅进行分析，实现了传感器的驱动，通过USB通信协议实现了软硬件之间的数据传输。
通过对本课题的研究，了解了Fakra接插件的重要性，同时对同心度检测技术也有了进一步的了解，还有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
对传感器的了解也同样是更加深入了，而且也认识到了欧姆龙PLC软件的一些特点。总的说来，此次研究全面接触到了软硬件的结合，更进一步锻炼了实际能力。
一、 系统总体方案
全自动同心度检测与包装机的设计目的是为了研制一个可以自动进行同心度检测图像信息采集与处理，信息数据计算及实现实时分类的装置。从具体实现功能上可分为机械结构，包括载料装置、送料装置、自动分类装置和包装装置，还有光学成像系统、图像采集及显示系统、电气控制系统，这四个系统可统称为硬件系统，最后还有软件系统。系统的整体框图。如图1-1所示。
图1-1 系统整体框图
其中单向实线箭头表示检测过程中FAKRA接插件的传送路径，双向实线箭头表示系统图像数据及控制信号的流向，虚线则表示了光学成像通路。
二、 硬件系统
（一）机械结构
全自动同心度检测与包装机的机械结构主要包括送料装置、载料装置、自动分类装置和包装装置这四个部分。
1．送料装置
送料装置的功能就是将Fakra接插件以正确的方向，位置到达目的地，此装置我们是通过振动盘来实现的。如图2-1所示。
图2-1 振动盘
振动盘就是Fakra接插件的送料装置，它包括圆振和直振两部分，圆振，就是单轴圆运动惯性振动，圆振是利用惯性电机工作时，偏心块产生的惯性力迫使振动盘产生振动，使振动盘里的物料产生圆周运动，使Fakra接插件进行圆周运动，而在运动的过程中，通过不停振动，不停变换Fakra接插件的方向和位置，然后再经过直振，将其直线运送到下一个工位处。直振为双振动电机驱动，利用振动电机激振的原理工作。当两台电机作同步、反向旋转时，其偏心块所产生的振动力在平行于电机轴线的方向相互抵消，在垂直于电机轴的方向叠为一合力，因此振动盘末尾的运动轨迹为一直线。
2．载料装置
载料装置的功能就是将Fakra接插件以正确的位置，用机械手将其放置于载料盘上的凹槽里，一个载料盘上有四个凹槽，并以激光传感器来检测其是否已经放置到位。如图2-2所示。
图2-2 载料装置
3．自动分类装置
自动分类装置的功能就是将检测后的Fakra接插件按照检测标准放入下一个料杯中，当完成同心度的检测后，根据检测标准判断其合格情况，然后由机械手抓取Fakra接插件将其通过料槽投入NG盒还是投入包装设备。如图2-3所示。
图2-3 NG盒
4．包装装置
包装装置的功能就是将检测完成后良品Fakra接插件进行最后的包装，先通过机械手将Fakra接插件放进包装盒，包装机运作，当激光传感器检测到当前一个包装盒有Fakra接插件，则利用高温对齐进行封装，完成整个机器的最后一步。如图2-4所示。
图2-4 包装装置
（二）光学成像系统
光学成像系统中有两个重要的参数，图像亮度和对比度，而决定这两个重要参数的便是光路系统的质量。通常，为了避免自然光源或灯光对其工作状态的影响，光路设计均采用自足光源，且要求亮度大、亮度可调、均匀性好、稳定性高，以抑制外界光照对图像质量产生较大影响而导致故障或误判行为。其次，光路系统的设计应满足视场要求和图像分辨率的要求，其设计质量决定了图像系统的准确性。光学成像系统组成框图，如图2-5所示。
Fakra接插件
图2-5 光学成像系统组成框图
1．照明装置
照明在整个光学成像系统中扮演着重要的角色，它直接影响了成像的质量及应用效果。照明的作用并不仅仅是照亮物体而已，而是要尽可能地突显物体的特征，在需要检测的部分与不需要的地方产生明显的区别，以增加对比度，同时还需要保证物体的整体亮度，确定物体位置的变化不会影响成像的质量。
照明方式大致可以分为七类，1.反射照明:包括环形照明等，可广泛均匀的照射，适应于普通表面检测。2.背光照明：从对象物的背景照射，适用于检测薄型工件的形状、尺寸和位置。3.斜光照明：从侧面照射对象物，适用于想尽量减少光泽影响的表面检测。4.同轴垂直照明：从与镜头光轴相同的位置照射，适用于光泽面的表面检测、位置尺寸检测。5.低角度照明：从非常低的角度照射对象物，适用于检测光泽面上的瑕疵、污点等。6.圆顶照明：从整个圆周对对象物进行均匀照射。7.点照明：主要与同轴式的微距镜头组合使用，可获得如对齐标记等的高分辨率、高对比度的图像。
此次，因为只需获取Fakra接插件内孔的图像，成像相对比较简单，所以采用的是第一类，反射照明的方式，运用高亮度光线进行轮廓检测，高密度的LED产生高亮度的光，从Fakra接插件的上面以高亮度进行均匀照射，获取高清晰的物体轮廓，可获得Fakra接插件的外形和规格的数据。但是高亮度的光会使被测物体上产生轻微的光源，因此为了防止来自LED的反光，需要安装偏振片，它的作用是让它的透振方向与物体周围反射光的偏振方向垂直，不让反射光进入CCD相机镜头，这样就可以减弱反射光,从而使Fakra接插件再次变得清晰。如图2-6所示。
表2-1 CCD相机规格
型号 CV-200C
类型 CCD*1
图2-10 IAI机械手驱动器
3．触摸屏
触摸屏属于人机交互界面，人机交互界面是指人与计算机系统之间的通信手段或平台，是人与计算机之间进行各种符号和动作的双向信息交换的平台。人机界面的标准化设计会是未来的发展方向，因为它确实体现了易懂、简单、实用的基本原则，充分表达了以人为本的设计理念。如图2-11所示。
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