工业机器人视觉检测.docx
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工业机器人视觉检测
项目一认识机器视觉系统
任务一连接视觉系统的周边设备
活动一连接相机
活动二连接光源
活动三连接手柄
活动四连接电源
活动五连接显示器
任务二调节相机
活动一调节相机
任务三调节光源
活动二调节光源
活动三操作手柄
任务三运行视觉软件
活动一运行软件
活动二修改语言
活动三创建一个新设定
任务四运行视觉系统的仿真
活动一安装软件
活动二注册图像
活动三运行仿真
任务五基恩士视觉与机器人通讯连接
活动一确定本机通讯方式
活动二选择通讯方式
活动三通讯线安装
活动四连接通讯线
任务六基恩士与机器人通讯软件设置
活动一进入通讯设置界面
活动二选择正确的通讯数据
活动三通讯测试
项目二基恩士视觉识别颜色
任务一进入新的设置
活动一创建新的设定窗口
活动二进入相机设定
活动三注册图像
任务二识别颜色的窗口设定
活动一设定前的准备
活动二设定检测围
活动三设定判断值
活动四条件设定
任务三输出设置
活动一选择通讯方式
活动二设置判断值
任务四机器人控制概述
活动一机器人视觉控制指令运行
活动二机器人运行控制指令运行
活动三机器人运行控制编程
任务五整体编程运行
活动一两种颜色中确定所选颜色
活动二三种颜色中确定所选颜色
活动三四种颜色中确定两种所选的颜色
项目三基恩士视觉识别大小
任务一进入新的设置
活动一创建新的设定窗口
活动二进入相机设定
活动三注册图像
任务二识别大小的窗口设定
活动一设定前的准备
活动二设定检测围
活动三设定判断值
活动四条件设定
任务三输出设置
活动一选择通讯方式
活动二设置判断值
任务四在仿真中识别图像大小设置
活动一建立识别图像大小的仿真
活动二设置识别大小的仿真
活动三思考与原机的区别
任务五整体编程运行
活动一两种大小不同的工件进行选择
活动二三种不同大小的工件进行选择
活动三两种不同大小不同颜色的工件进行选择
活动四三种不同大小不同颜色的工件进行选择
项目四基恩士视觉识别形状
任务一进入新的设置
活动一创建新的设定窗口
活动二进入相机设定
活动三注册图像
任务二识别形状的窗口设定
活动一设定前的准备
活动二设定检测围
活动三设定测量值
活动四条件设定
任务三输出设置
活动一选择通讯方式
活动二设置测量值
任务四机器人控制概述
活动一机器人视觉控制指令运行
活动二机器人运行控制指令运行
活动三机器人运行控制编程
任务五整体编程运行
活动一两种颜色中确定所选颜色
活动二三种颜色中确定所选颜色
活动三四种颜色中确定两种所选的颜色
项目五基恩士视觉识别文字
任务一进入新的设置
活动一创建新的设定窗口
活动二进入相机设定
活动三注册图像
任务二识别文字的窗口设定
活动一设定前的准备
活动二设定检测文字围
活动三设定判断值
任务三深入训练
活动一轻干扰图片的检测训练
活动二中等干扰图片的检测训练
项目一认识机器视觉系统
课前思考：
1基恩士系统硬件接线是？
2基恩士有那些硬件设备？
3这些硬件设备分别是如何连接？
任务目标：
①详细了解基恩士视觉的硬件部分.
②完成基恩士硬件的连接。
③熟练使用连接系统。
任务一连接视觉系统的周边设备
课前思考：
1基恩士系统硬件有哪些方面组成？
2如何连接电缆及外围设备的？
任务目标：
①熟练掌握基恩士的硬件组成部分
②对每一个硬件的用处都掌握
知识储备：
一、视觉系统结构介绍
图1.1基恩士视觉系统
图1.2
1、视觉系统驱动器
①视觉系统驱动器
扩展单元连接器2（左侧）用于连接照明扩展单元或CC-LINK单元CA-NCl10E。
②并行输入输出连接器用于连接并行输入/输出信号。
③SD2插槽（上），SD1槽（下）插入SD卡。
低槽（SD1）认为，包括SD卡（512MB或1GB）由工厂默认。
必须在设备运行时插入SD卡1。
④模块连接器使用连接的远程控制台。
⑤RGB输出端子（SVGA）用于连接
⑥到外部显示器。
⑦USB端口用于连接USB电缆。
⑧相机2连接器使用连接相机2。
⑨扩展单元连接1（右侧，只有cv-5701/5501）使用相机连接扩展单元cv-e500。
⑩RS-232C端口使用连接到RS-232C通信电缆。
⑪相机1连接器使用连接相机1。
⑫以太网连接器用于连接以太网电缆。
⑬终端块I/O连接器用来连接电源（24VDC）和输入/输出信号。
⑭接地端子使用连接线的安装口。
2、照明扩展单元
图1.3照明拓展模块
①扩展单元侧连接器连接2个以上照明扩展单元时，便需要使用它。
②电源LED照明扩展单元得电时，它便将亮起。
③照明2输出连接口连接到照明2的LED照明。
④照明2明亮度LED分4级指示照明2的明亮度。
⑤照明1输出连接口连接到照明1的LED照明。
⑥照明1明亮度LED它分4级指示照明1的明亮度。
⑦输出端子台将LED照明直接连接到端子台时，便需要使用它。
⑧控制器侧连接器连接到控制器侧。
连接CC-Link扩展单元CA-NCL10E时，请确保将它连接到控
制器侧连接器。
⑨输入端子台它用于给照明扩展单元供电，并且用于强制关灯。
⑩用于更改输出电压的DIP开关它将设定输出连接器的输出电压。
3、操作手柄（遥控器）
对遥控器的代表性操作和功能进行说明。
遥控器的按钮不仅能在单独使用时操作，还可以通过组合进行各种各样的操作。
图1.4遥控器
①ENTER（0）按钮上下左右移动，可以移动选择项目。
按中間按鈕可確定螢幕上的設定。
②FUNCTION（功能）
（1）按钮显示功能菜单时按该按钮（5-7页）。
③SCREEN（画面）（4）按钮按顺序切换显示模式（原始画面和显示模式1，显示模式2等）时
按该按钮。
④VIEW（视域）（5）按钮显示VIEW栏，切换画面的扩大/缩小、显示模式、结果显示等时，按
该按钮。
⑤背面（7）按钮与其它键组合使用，可进行各种各样的操作。
（下一页）
⑥切换开关（8）（RUN/STOP）用于运行模式和设定模式之间的切换。
每次按下开关，模式切换。
⑦TRIGGER（触发）（3）按钮输入触发时按该按钮。
⑧MENU（菜单）（6）按钮切换帮助拦、切换菜单栏的显示/隐藏时，按该按钮。
⑨ESCAPE（退出）
（2）按钮设定时返回前1画面或操作时，按该按钮。
4、电源
电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，其特点是可为专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器（DSP）、微处理器、存储器、现场可编程门阵列（FPGA）及其他数字或模拟负载提供供电。
一般来说，这类模块称为负载点（POL）电源供应系统或使用点电源供应系统（PUPS）。
由于模块式结构的优点甚多，因此模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。
图1.5电源模块
DC/DC变换是将可变的直流电压变换成固定的直流电压，也称为直流斩波。
斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变（通用），二是频率调制：
（1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。
（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。
（3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。
（4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。
还有Sepic、Zeta电路。
上述为非隔离型DC-DC变换器电路，隔离型DC-DC变换器有正激电路、反激电路、半桥电路、全桥电路、推挽电路。
当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为（6.2、10、17）W/cm3，效率为（80～90）%。
日本TDK-Lambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200～300）kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。
活动一连接相机
图1-14基恩士视觉实物图
图1-15基恩士相机实物图
活动容：
（1）根据图1-14所示将相机接入系统中。
根绝图1-15将相机接头另一端接到相机上。
（2）相机电缆连接
使用控制器之一将相机连接到控制器单元的相机连接器可选的相机电缆。
如果只连接一个摄像机，将其连接到相机1连接器。
图1.6相机连接
注：
可以使用的相机电缆的组合是不同的，取决于模型相机。
如果不兼容的摄像机电缆，可能会导致损坏或故障，所以不要接错了摄像头电缆。
使用相机电缆延长中继器您可以扩展摄像机电缆使用相机延长电缆中继器。
活动二连接光源
图1-17光源模块
活动容：
①将实物图1-17光源模块接入视觉模块。
图
步骤：
将图中的⑧接口对正接入控制器本体中。
注：
接口都是信号线，所以必须对正位置后缓慢插入控制器本体中，注意引脚位置。
②在电源模块中接出+24V电源到1-17光源模块的电源接口位置。
步骤：
1）从光源模块单元移除端子块。
图1.9485接线端子连接
2）用平头螺丝刀松开端子上的螺钉如图1.10。
图1.10485接线端子接线
3）剥离绝缘护套约7毫米后，插入导线端子接口的（24VDC）和（0V），然后拧紧螺钉如图1.11。
图1.11485接线端子接线
4）连接所有必要的电缆或电线后，安全地插入I/O终端块到I/O连接器如图1.12。
图1.12485接线端子连接
5）接地线到接地端口如图1.13。
图1.13接地端口连接器
注：
•每个设备分别接地。
使用D型地面。
•保持接地电阻在100Ω
•尽可能短的接地线。
•如果不可能单独将每个设备接地，将它们接在一起。
然而，确保电缆长度相同。
•免焊接头尺寸如下。
使用M4螺钉。
•拧紧螺钉的扭矩为0.8[NM]。
③将光源接入光源模块的光源接口。
步骤：
如图1-17所示，相机的光源接口位置，接入光源。
再将光源安置好位置即可。
注：
根据位置，调节光源角度，调节光源的角度和位置在视觉系统检测中是及其重要的一环。
好的打光是视觉成功的一半，因为没有好的打光，就无法的获得到完美的图像。
检测也将无法进行。
活动三连接手柄
图
步骤：
将遥控控制台连接到控制器单元的模块化连接器。
图1.7控制手柄连接
注：
注意接口对正，避免损坏接口。
活动四连接电源
220V零线接口
图1.5电源模块图电源模块实物图
步骤：
①将220V电源接入电源模块。
②将24伏直流电源连接到端子的第7和第8端块。
注：
使用平头螺丝刀将电源连接到端子。
使用0.25纳米或更小的扭矩拧紧螺钉。
使用电线来awg22awg14。
确保连接24V直流电源的帧接地端子为D型接地。
直到安装完成之前不要供电。
1）从控制器单元移除端子块。
图1.9485接线端子连接
2）用平头螺丝刀松开端子上的螺钉如图1.10。
图1.10485接线端子接线
3）剥离绝缘护套约7毫米后，插入导线端子接口的（24VDC）和（0V），然后拧紧螺钉如图1.11。
图1.11485接线端子接线
4）连接所有必要的电缆或电线后，安全地插入I/O终端块到I/O连接器如图1.12。
图1.12485接线端子连接
5）接地线到接地端口如图1.13。
图1.13接地端口连接器
注：
•每个设备分别接地。
使用D型地面。
•保持接地电阻在100Ω
•尽可能短的接地线。
•如果不可能单独将每个设备接地，将它们接在一起。
然而，确保电缆长度相同。
•免焊接头尺寸如下。
使用M4螺钉。
•拧紧螺钉的扭矩为0.8[NM]。
活动五连接显示器
图显示器的视频接口图15针口
图视频接口位置说明
步骤：
将监视器连接到控制器单元的视频输出端。
图1.8显示屏连接
活动六插入存卡
图SD卡插口位置图存卡实物图
步骤：
插入SD卡。
知识拓展
电源模块的调制方法：
DC/DC变换是将可变的直流电压变换成固定的直流电压，也称为直流斩波。
斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变（通用），二是频率调制：
（1）Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。
（2）Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。
（3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。
（4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。
还有Sepic、Zeta电路。
上述为非隔离型DC-DC变换器电路，隔离型DC-DC变换器有正激电路、反激电路、半桥电路、全桥电路、推挽电路。
当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为（6.2、10、17）W/cm3，效率为（80～90）%。
日本TDK-Lambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200～300）kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。
任务评价表
完成工作任务评分表
容
任务要求
评分标准
总分
得分
思考
1、任务准备
完成任务前的知识准备工作收集到足够的说明，叙述任务流程。
1、有完整的任务说（5）2、能够正确叙述任务流程（5）
10
2、活动一
能够选择正确的相机连接线，能够将相机线与接口正确连接，能够将相机接入正确的接口。
1、独立选择相机连接线（5）2、独立完成相机与连接线的安装（10）3、独立完成相机线与控制器的连接（10）
25
3、活动二
能够认识光源模块，能够将光源模块插入控制器，能够将电源接入光源模块，能够将光源接头插入正确的接口，能够微调光源。
1、独立将光源模块插入控制器（10）2、独立将电源接入光源（10）3、独立将光源接入光源模块（5）
25
4、活动三
能够认识操作手柄，能够将手柄接入控制器。
1、独立将手柄接入控制器（5）
5
5、活动四
能够认识电源模块，能够将220V电源接入电源模块，能够将24V电源接入控制器，能够正确完成线的接入。
1、安全将220v电源接入电源模块（10）2、安全将+24v电源接入控制器（15）
25
6、活动五
能够认识显示器的接口，能够在控制器中找到显示器的接口。
1、将显示器接入控制器（5）
5
7、活动六
能够认识控制器中存卡的接口，能够正确拔插存卡。
1、独立完成存卡的拔插（5）
5
任务二运行周边设备
课前思考：
1基恩士系统硬件是如何运行的？
2如何运行周边设备控制相机？
任务目标：
①熟练掌握基恩士的周边设备的安装和操作。
②对每一个硬件都能熟练运用调节。
知识储备：
活动一安装相机
步骤：
①将镜头安装在CCD主机上
请调整工件大小和从CCD到工件的距离，根据上几节的任务选择最佳镜头，根据图2.1安装相机的镜头。
注意事项：
1安装镜头时，请不要触及CCD部。
2请不要让CCD部进入垃圾、灰尘等。
图2.1相机镜头的安装方式
②相机的固定
利用树脂安装零件的螺丝孔或三脚架用螺丝孔，将CCD固定在安装场所。
螺丝孔有3种。
使用适合于三脚架或安装位置的形状。
图
注意事项：
1）安装时，请在加固定扭矩为0.5N·m/力为30N围进行。
2）如果CCD所安装在的位置发生振动，可能会导致镜头安装架或镜头锁紧螺丝松开或脱落，或者导致镜头或CCD损坏。
如果在安装时会发生振动，请采取措施防止振动传到CCD，并通过螺丝防松或类似手段防止螺丝松开或脱落。
3）由于CCD固定后还需要进行焦点、光圈的调整，因此请安装足够的空间确保调整操作可以进行。
4）如果按照CCD底部以外的方向安装附带的树脂安装零件，可能会和CCD主机之间出现空隙。
如果需
5）要安装精度，请尽量在CCD底部固定。
例：
为了将来能够调整CCD，我们提供CCD调整台（XY台）选配件（CA-S2040）。
通过为CCD的安装螺丝钻出长孔，也可以进行类似的调整。
③关于CCD安装空间
图2.2相机的安装空间限位
注意事项：
安装CCD时，请确保CCD上部有30mm以上，两侧分别有15mm
以上的空间。
④在视野表中确认工作间距
视野表中的数字标记表示所需连接环的厚度。
需要时在镜头和CCD之间安装连接环。
•视野表中的数值为代表实例，安装时请调整。
图2.3工件与相机的分布
设定环境注意事项：
–切勿在超出CCD规格或CCD会受到震动的地方安装CCD。
–切勿将成像围暴露在过高的光亮下。
这样可能会损坏产品或造成故障。
关于绝缘的注意事项：
–CCD外壳接地。
如果安装位置有电压、干扰等，则可能造成部损坏和误操作。
安装时请务必使用附带的树脂安装零件等，务必进行绝缘安装。
–如果没有使用附带的树脂安装零件，请千万注意绝缘。
⑤连接环的安装
连接环安装在CCD和镜头之间连接环按0.5mm、1.0mm、5mm、10mm和22mm5种。
如果单环与要求的厚度不匹配，请组合使用多环。
图2.4连接环的安装位置说明
注意事项：
如果重合使用0.5mm或者1.0mm的特写镜头，由于镜头和CCR机身固定不够，有时候会由于振动等导致松动。
这种情况下，建议使用螺钉锁等。
活动二调节相机清晰度
步骤：
①调整成像状态
确认线路是否无误之后，接通电源。
开始画面显示之后，显示设定模式的初始画面如图2.5。
图2.5相机上电后的初始画面
当显示器上没有显示容请确认以下项目。
1电源是否正确连接?
电源中使用了DC24V（2A）吗?
电源输入端子的“+24V”和“0V”有接反吗?
2显示器连接线连接正确吗?
3显示器的电源接通了吗?
②按遥控器的TRIGGER（触发）按钮，确认画面上显示有原始画面（初始画面）。
图2.6触发后的原始画面
注意事项：
●所谓原始画面，就是照原样显示来自CCD的图像的画面。
●如果使用2台CCD，则显示CCD1的画面。
●当希望显示CCD2的画面时，需要在CCD设置里修改。
●在处于设定模式期间，按住遥控器上的TRIGGER（触发）按钮以便连续更新屏幕上的数据与图像。
●再按一次TRIGGER按钮可停止刷新。
●将有照明扩展单元连接到控制器之后，LED照明将按照与成像过程同步的初始设定浓淡度亮起。
若要更改浓淡度。
●当原始画面不显示时请确认以下各项容。
•CCD正确连接了吗?
•镜头盖取下来了吗?
•镜头光圈有没有关得过紧?
所谓原始画面，就是照原样显示来自CCD的图像的画面。
触发拓展：
点击控制手柄上的TRIGGER（触发）按钮是我们是获得一固定的
图像，有时需要调整方便，我们可以设置为录像模式，从而获得动态的调整画面设置方式参考下文。
③进入CCD设置界面，进入快门速度调整（调整相机的曝光度，是图像的对比度增加），参考图2.7-2.11。
④按住相机触发键3秒后，进入录像模式，此时可以再调整位置和焦距等
图2.7
图2.8
图2.9图2.10
图2.11
⑤相机型号设定
如果跟换相机，还需要调整相机的型号，设置为基础设置。
选择自动设定，系统会自动调整相机的型号，操作方式参考图2.12-2.13。
图2.12
图2.13
⑥调整相机获得清晰的图像
边看显示器，请转动光圈环与对焦环以调整光圈和焦距。
光圈与焦距调整完毕之后，拧紧锁紧螺丝，以使光圈环和对焦环无法移动。
光圈调整的目标：
拧松光圈环的螺钉锁之后进行调整，让工件和背景区别开来。
焦距调整的目标：
拧松焦距环的螺钉锁之后进行调整，使工件的轮廓清晰显示
图6.1聚焦环和光圈环的锁紧螺丝
注意事项：
●把光圈固定镜头完全拧到里面。
同样，请把镜头也完全安装到里面。
●调整CCD和工件之间的距离，调松镜头使焦点聚合。
●在焦点聚合的位置，通过镜头设定光圈固定镜头。
●调松光圈螺钉锁A/B之后，调整为最佳明亮度。
往OPEN端旋转即变亮，往CLOSE端旋转即变暗。
●明亮度调整完成之后，拧紧光圈螺钉锁A/B进行固定。
活动三选择光源
光源是影响机器视觉系统输入的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少３０％的应用效果。
如何选择合适的机器视觉光源呢？
要注意一下几点：
①亮度：
在两种光源中选择时，最佳的选择是更亮的那个。
当光源不够亮时，可能有三种不好的情况会出现。
第一，工业相机的信噪比不够；由于光源的亮度不够，图像的对比度必然不够，在图像上出现噪声的可能性也随即增大。
信噪比是指一个电子设备或者电子系统号与噪声的比例。
这里面的信号指的是来自设备外部需要通过这台设备进行处理的电子信号，噪声是指经过该设备后产生的原信号中并不存在的无规则的额外信号（或信息），并且该种信号并不随原信号的变化而变化。
第二，光源的亮度不够，必然要加大光圈，从而减小了景深。
第三，当光源的亮度不够的时候，自然光等随机光对系统的影响会最大。
②光源均匀性：
不均匀的光会造成不均匀的反射。
均匀关系到三个方面。
第一，对于视野，在摄像头视野围部分应该是均匀的。
简单的说，图像中暗的区域就是缺少反射光，而亮点就是此处反射太强了。
第二，不均匀的光会使视野围部分区域的光比其他区域多。
从而造成物体表面反射不均匀（假设物体表面的对光的反射是相同的）。
第三，均匀的光源会补偿物体表面的角度变化，即使物体表面的几何形状不同，光源在各部分的反射也是均匀的。
③光谱特征：
光源的颜色及测量物体表面的颜色决定了反射到摄像头的光能的大小及波长。
白光或某种特殊的光谱在提取其他颜色的特征信息时可能使比较重要的因素。
当分析多颜色特征的时候，选择光源的时候，色温是一个比较重
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