流水线产品检测Word格式.docx

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它是通过激光的发射接收来工作的，样本桶桶进到检测位置后，激光发射头发射出激光，而接收头进行接收，如果激光发射头下有物料，那么接收头将收不到光信息：

如收到了，则表示相应位置没有物料，即该板发生了缺料，并判为不合格，需要剔除。

这种方法有二大缺陷，其一是它只能检测出物料的漏装，而对具体物料高度则无能为力；

其二，只能针对使用透明桶的物料流水线，对于非透明桶无能为力。

2）激光反射检测法

样本桶进到检测位置后，接收头接收反射的激光信号，利用药片和模板的反射率的不同进行检测。

这种方法可以不关心瓶装流水线是否使用透明模板，只是要求药品的反射率和表面粗糙度与模板有较大的区别就可以工作。

同样的它对药品的部分缺损也是无能为力。

3）机器视觉法

机器视觉法，又称为图像处理法。

机器视觉技术用计算机来分析一个图像，并根据分析得出结论。

典型的机器视觉系统一般包括：

光源、光学系统，相机、图像处理单元（或图像采集卡）、图像分析处理软件、监视器、通讯／输入输出单元等机器视觉系统。

应具有以下几点要求和特点：

a）精度高。

作为一个精确的测量仪器，设计优秀的视觉系统能够对一千个或更多部件的一个进行空间测量。

因为此种测量不需要接触，所以对脆弱部件没有磨损和危险。

b）连续性，长时间工作。

人类难以长时间地对同一对象进行观察。

机器视觉系统则可以长时间地执行观测、分析与识别任务，并可应用于恶劣的工作环境。

c）效率高。

计算机处理器价值成本高，所以一个价值10000元的视觉系统应当取代10000元以上的工资量的工人人数。

d）检测信息的复杂性和智能性。

视觉系统能够进行传统无法做到的复杂智能测量。

应当适用于多变的条件，有强的鲁棒性。

变化以后可以适应和识别。

e）实现非接触测量。

对观测与被观测者都不会产生任何损伤。

随着图形处理算法的发展和硬件速度的提高以及成本的降低，采用CCD摄像头获取待检测产品的图像，然后把对物料的检测转化为对图像的分析处理，因为商标都可以通过CCD的摄像很好地反映出来，而且不受位置的制约。

这样，我们就不仅可以检测出商标漏贴，还可以检测出缺料。

三、具体设计

方案一：

流水线产品视觉检测系统

3.1.1检测需求

●检测速度达每秒钟20个以上

3.1.2结构框架设计

图3.1.1流水线在线检测

图3.1.2CCD工作原理

a）照明系统选择高频（2KHz）护眼灯，CCD选择可以实现将R,G,B三基色合成为彩色图像的3CCD，采样率应不小于20帧/秒，镜头视场的大小应不小于20mm。

通过3CCD完成图像的采集工作后，将采集到的数字图像输入计算机，利用内部的DSP芯片系统，编写算法程序，实现对图像复原操作，二值化处理，DFT变换，高通滤波，复原等，最后得到一幅清晰的样本桶的图像，这时就可根据有无图像信息来判定是否有样本桶流过，若能检测到图像，则有样本桶流过，此时计算机通过外部接口电路向具有加法器功能的PCB板发送脉冲，计数结果显示在8个LED数码显示管上，反之则PASS，8个LED保持不变，完成了样本检测个数的统计。

b）借助DPS芯片进一步编写检测程序，对图像进行边缘提取，去除图像冗余，经过腐蚀操作，若能得到标签的图像，则说明已贴标签，样本桶能顺利通过流水线，绿灯亮起，喇叭不鸣，反之计算机将向外部发出警告信息，此时红色警示灯闪烁，喇叭长鸣，完成样本标签的检测。

c）因为桶与物料的反射系数的不同，可以考虑在样本桶的上方200mm处安装反射式的光电传感器，通过物料或样本桶反射回光电传感器的光通量的不同，经过光电耦合器件将光通量转换成一定的电流值输入计算机，比较电流值的大小，就可以判定有无物料存在。

如果检测出无物料，则黄灯闪烁，喇叭短鸣，否则保持原始状态不变。

3.1.3元器件选择

开放式线阵工业相机平台一体化设计，集图像采集、处理、结果输出于一体。

自带高速嵌入式系统，拥有媲美主流计算机的运算能力。

1）CCD选择

北京TDC-5000LM线阵CCD相机的实物图像如图所示

图3.1.3TDC-5000LM正面

图3.1.4TDC-5000LM背面

相机背面有红绿两个LED灯。

红灯为电源指示灯，上电时红灯亮；

绿灯为数据采集工作指示灯，当启动视频浏览时，绿灯亮。

相机背面还有一个USB插座口。

相机型号

TDC-5000LM

像元个数

5000

像素尺寸（µ

m）

8x8

分辨率采样精度（bit）

14

视频帧率（fps）

1000

图像颜色

黑白

动态范围

400--800

信噪比

68dB

曝光时间

5us---60000us

供电电源

迷你型USB2.0，

计算机供电，电流小于300mA

镜头接口

M42口或F口

通讯距离

5m，加延长线可拓展

表3.1.1TDC-5000LM参数

图3.1.5图像传感器的光谱特性图

2）镜头选择

规 

格1/3"

接 

口CS

焦 

距8mm

光 

圈1.2

视 

角42

操 

纵 

聚焦手动/光圈固定

尺 

寸Φ28×

24.8

重 

量25g图3.1.6镜头

图3.1.7镜头与CCD

为满足视场范围20mm

所以

，即距离被测产品至少26mm

3.1.4误差分析

有效像素为5000，每个像素大小8μm，因此CCD器件有效光敏元长度为

设成像系统的放大率为β=0.5，求得

被测物体的最大尺寸不能超过80mm。

代入

该光电检测系统的测量精度为0.032mm。

方案二：

流水线产品反射式光电检测系统

3.2.1检测需求

3.2.2结构框架设计

图3.2.1流水线工作示意图

a）流水线需要对物品进行计数检测，商标检测以及是否有料检测。

采用上图方式，可实现此过程。

b）利用接近开关对物体进行计数。

接近开关又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器。

不同的接近开关检出距离也不同。

有时被检测物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。

不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。

对于电容式接近开关，当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，实现计数功能。

c）由于样本桶与商标颜色差异大，因此可以采用颜色传感器对其进行商标检测。

在反射传感中，色彩传感器检测从某个表面或对象反射的光，光源和色彩传感器都放在目标表面附近。

来自光源（如白炽灯或荧光灯、白色LED或校准后的RGBLED模块）的光弹跳离开表面，被色彩传感器测得。

反射离开表面的色彩与表面的颜色有关。

例如，白光入射到红色表面上，会反射为红色。

反射的红光撞击色彩传感器，产生R,G和B输出电压。

通过解释三个电压，可以确定色彩。

根据预设的电压值判断样本桶表面是否存在商标。

d）为了检测样本桶中金属零件是否存在，可采用漫反射型光电传感器。

它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。

金属零件表面与样本桶底面反射率相差较大，符合使用要求。

3.2.3选择元器件

1）计数功能传感器

CA5M24*70型电容式接近开关

图3.2.2电容式接近开关

检测距离（mm） 

12mm

14mm 

设

备

型

号

DC

NPN

NO

CA5-□-□-DN1-□

NC

CA5-□-□-DN2-□

NO+NC

CA5-□-□-DN3-□

PNP

NO

CA5-□-□-DP1-□

CA5-□-□-DP2-□

CA5-□-□-DP3-□

AC

CA5-□-□-AS1-□

NC

CA5-□-□-AS2-□

NO+NC

表3.2.1电容式接近开关型号分类

注

□1-填入安填入装方式M:

埋入式

F:

非埋入式

□2-填入检测距离02:

2mm 

04:

4mm10:

10mm15:

15mm30:

30mm 

......

□3-填入连接方式无标记为引线E:

引线带插F:

接线端子

：

带插座的一般为四芯插，如有特殊要求，请在定货是说明。

表3.2.2电容式接近开关安装方式、检测距离及连接方式选择

根据检测要求和具体精度考虑，选择CA5-F-30-DP3-E

主

要

参

数

工作电压

DC 

10~30V, 

AC 

20~250V

响应频率

DC

100Hz

AC

20Hz

工作电流

直流三四线

200mA

交流二线

500mA

五线制

漏电流

＜0.05mA

≤1.6mA

电压降

＜1.5V

≤7V

重复精度

≤0.01mm

工作环境温度（℃）

-20~+80

动作指示

LED

回路保护/极性保护

具备

连接方式

1.5mPUR电缆/带插

外壳材料

黄铜镀铬/ABS

防护等级

IP67

表3.2.3电容式接近开关具体参数

2）商标检测功能传感器

贝特威FT50C颜色传感器

此传感器采用单光源检测原理，以LED发射可见白光作为检测用光，白光技术使得传感器可以检测的颜色差异更为广泛，而不受物体表面颜色不同的影响。

（a）（b）

图3.2.3贝特威FT50C颜色传感器外形及检测过程

简单介绍

⏹光斑尺寸：

ø

4mm

⏹检测距离：

12…32mm

⏹输出方式：

1×

PNP或×

PNP或1×

PNPorNPN,RS-485

详细介绍

传统的颜色传感器需要提供三原色实现检测，而FT50C通过白光实现，为每个应用提供合适的解决方案。

⏹可调整颜色容许范围

⏹允许检测距离变化

⏹扫描功能

⏹Teach-In技术

⏹具有不同型号以检测颜色、标记以及对比检测

⏹FL64C可以和光纤连接

FT50C-1系列颜色传感器三个型号：

⏹FT50C-1-PSL5：

光斑尺寸：

4mm；

检测距离：

12…32mm；

输出方式：

PNP。

⏹FT50C-1-PSL8：

3×

⏹

FT50C-1-PS1L8：

PNPorNPN,RS-485。

图3.2.4贝特威FT50C颜色传感器安装方式及灵敏度—检测距离关系曲线

具体参数：

1）

3～15mm12～50mm150mm可选

2）接近检测距离：

9mm50mm可选;

光电检测范围：

160mm

3）工作电压：

10～30VDC12～28VDC可选

4）光源：

激光红色650mmLED白光LED红光660nm可选

5）光斑大小：

直径<

0.7mm

6）接线方式:

直接附线式M124针接插件可选

7）输出功能：

常开,常闭,可选;

输出信号：

PNP,NPN,可选

8）输出电流:

25mA;

开关频率500Hz

9）Teach－in功能:

有;

材料:

ABS

10）工作温度范围:

（-20℃～60℃）可选

11）防护等级:

IP67

根据设计任务，选择FT50C-1-PSL5型颜色传感器符合要求。

3）零件检测功能传感器

漫反射型光电传感器：

RL31-8-H-800-RT-IO

图3.2.5漫反射型光电传感器RL31系列外形图

采用光电二极管阵列检测器作为接收器，通过目标物反射回的光能在接收器上的位置，给出被测目标物的相对位置。

即RL31-8-H-800-RT-IO光电开关采用了三角测量原理，是一个带有测距功能的光电开关。

⏹在整个检测范围内具有较高的检测精度

⏹在整个检测范围内黑白色差都非常小

⏹稳定的检测物体，不受目标物颜色影响

⏹通过IO–Link接口可方便设置工作模式

⏹通过IO–Link接口可轻松诊断开关状态

⏹高亮度发射器设计提供了绝佳的可视效果 

⏹整个检测范围内,安装校准无障碍 

⏹光斑尺寸恒定，无阴影，确保了检测的精确性

⏹1个传感器提供4种输出方式：

NPN亮通、NPN暗通PNP亮通、PNP暗通

⏹一个产品包含了NPN、PNP两种输出类型，无需担心所用编程控制器需要的传感器输出类型

⏹无需任何亮/暗通调节旋钮，即可轻松的通过接线选择需要的模式

⏹通用性强，　DC或AC/DC型可选

●有效检测范围：

0-1.2m

●有效调整范围：

●调节元件：

检测距离调节旋钮

●参考目标物：

柯达白（90%）标准色卡

●型号：

亮通RL31-8/暗通RL31-8

●输出：

互补推挽输出4-in-1

（1）

●负载电流：

最大100mA

●电压降：

≤1.5VDC

●工作电压：

10-30VDC

●状态指示：

绿色LED：

电源指示/黄色LED：

亮-接收到光

●空载电流:

≤20mA

●响应时间:

≤1ms

●开关频率:

500Hz

●防护等级:

（IEC）IP67

●光斑直径:

≈25mm（1.2m处）

●发散角:

约2º

●光源:

红光LED

●极限环境光强:

50000Lux

●环境温度:

工作温度-30...55º

C（243...328K）

●储藏温度:

-40...70º

C

●材料:

塑料

●透镜:

PMMA

●重量:

25g

●连接方式:

4针M12×

1接头（V1型）

图3.2.6漫反射型光电传感器RL31系列响应特性曲线

3.2.4误差分析

1）接近开关产生误差一般为检测距离的1%，根据所选型号检测距离30mm可知：

ε1=30x1%=0.3mm

2）根据颜色传感器距离-灵敏度曲线可知，当检测距离小鱼等于22mm时，FT50C灵敏度为100%；

大于30mm时，FT50C灵敏度降为50%，即颜色分辨力下降50%。

根据三基色RGB可知，安装误差为：

ε2=（30-22）/（255x50%）=0.06mm

3）漫反射光电传感器响应特性曲线可知，在100mm的检测范围处，产生的误差

为：

ε3=0.5mm

因此，合成总误差为；

ε=

≈0.59mm

四、课程设计小结

本次我们课程设计的内容是对流水线产品进行计数，对样本桶上商标及桶内金属零件进行检测。

为了实现任务目的，我们采用了两种设计方案。

考虑到现在工业上通用的视觉检测技术，第一种方案，我们决定使用CCD进行采样。

在进行充分调研之后，我们发现CCD的功能朝着多元化、复杂化的方向发展。

对于物品的计数，商标的缺漏和零件的有无可以从不同角度的CCD图像中捕获。

通过与现代数字图像处理技术的结合，将图像二值化处理，再通过滤波技术提取图像特征，经过PC机软件处理之后，便能得出准确结果，这样的处理方式保证了较高的检测精度。

此外，我们还考虑了传统检测方法，拟定了第二种检测方案。

根据任务的3个要求，依次选取3种类型不同的传感器，分别实现对应的功能。

在传感器的选择问题上，考虑到样本桶的尺寸限制，我们尽可能地选择适合装配在此流水线上的器件。

在实现计数功能的问题上，我们采用了接近开关。

虽然，此类传感器的主要功能并非在计数上，但是由于其重复精度较高，可以连续不断产生开关信号，在取定样本桶适当间距和外接工业计数器之后，可以较好的实现计数功能，所以我们创新式地决定使用此种电容式传感器来统计零件个数。

而在商标检查方面，我们选择了一款通过LED白光自发自检的高性能颜色传感器，此类传感器由于不是通过三基色，而是运用白光技术检测，可以方便准确地测出样本桶上是否存在商标的颜色，并且受外界光源干扰小，在适当检测距离范围内能够达到很高的准确度。

对于样本桶内零件的检测，我们找到一款基于漫反射原理的光电传感器。

此类传感器对于反射率差异较大的物品表面有很好的区分度。

而样本桶和金属零件这两类材料表面反射率的差别正好符合检测条件。

通过对此传感器的参数分析发现，在0-30mm的检测范围内具有很高的检测精度。

并且其输出有4种方式，NPN亮通、NPN暗通、PNP亮通、PNP暗通，可以根据后续电路处理需求，选择其中一种方式进行输出，这样可以在很大程度上简化信号调理电路的设计。

以上3种传感器的响应频率都在ms级别上，且采样率均在在几百Hz内，符合设计任务中对采样率的要求。

在流水线上装配调试好以后，通过施加同步信号，便能在恒定速率的流水线运动过程中实现计数和检查功能。

通过本次课程设计，使我们进一步了解到，在自动化生产过程中，对于传感器的选型和分配问题。

针对不同的目的和要求，利用网络资源，寻找所需类型的传感器并对其进行参数对比和验证，最后拟定具体的装配结构，从而实现设计任务要求的整体功能。

本次设计让我们更加深入地了解了光电检测技术在实际工业领域的运用，是对我们专业知识的又一次巩固。