為了提高生產水平、保證生產質量，人們將視覺傳感器引入到汽車零部件的裝配線中，從而實現了對汽車零部件生產過程的嚴格監(jiān)控。
轉向節(jié)總成裝配線是用于裝配轎車的前轉向節(jié)，球頭銷裝配是其中的一道工序。轉向節(jié)分左轉向節(jié)和右轉向節(jié)，球頭銷也分左右兩種類型。關鍵之處在于轉向節(jié)與球頭銷匹配的問題，即左轉向節(jié)上必須裝配左球頭銷，右轉向節(jié)上必須裝配右球頭銷。不同類別的球頭銷上有不同的標識，左球頭銷上的標識為L，右球頭銷上的標識為R。
然而在長期高強度的生產過程當中，操作者的肉眼很難保證轉向節(jié)與球頭銷的完全匹配。一旦出現誤裝的不合格品，又沒有及時被發(fā)現，流入市場后將對用戶及廠家本身都造成難以預測的損失。因此，在轉向節(jié)總成裝配線上引入視覺傳感器迫在眉睫。
本文以天合富奧汽車安全系統(tǒng)（長春）有限公司的轉向節(jié)總成裝配線為例，介紹OMRON視覺傳感器的功能特點，以及與PLC結合使用完成檢測任務的方法。
功能特點
1.豐富而細致的測量方法
OMRON視覺傳感器（見圖1）有17種可供選擇的測量方法，幾乎可以滿足所有領域的檢測需要。在每一種測量方法之下還可以進行細致的輔助測量設置，比如定標、位置補償和表達式等。
圖1 OMRON視覺傳感器
2.強大的存儲及擴展能力
在沒有使用存儲卡的情況下，OMRON視覺傳感器可以設置32個工件畫面。這32個工件畫面隸屬于工件組0，是存儲在控制器閃存中的。在使用了128M存儲卡后，最多可以存儲32個工件組、1 024個工件畫面和1～31工件組數據保存在存儲卡中。
閃存中可以存儲0～35共36個先前的測量圖像。
3.多種通訊方式
共有4種可選的通訊方式：并口用于與外部設備以數字I/O的方式通信；串行接口菜單操作用于通過個人電腦的鍵盤代替小控制器完成對F160菜單的設置操作；普通串行接口用于以無協(xié)議方式于外部設備（PC）通信；上位鏈接串行接口，與PLC等帶有串行接口的外部設備以發(fā)送或接收指令碼的方式通信。后兩種通訊方式只有專家菜單支持。
4.實用的其他輔助功能
OMRON視覺傳感器可以設置視覺系統(tǒng)啟動后自動進入的狀態(tài)；在顯示的屏幕上定制個性顯示；智能照明或普通照明可選；隨時檢查系統(tǒng)信息；密碼保護放置無關人員隨意更改設置。
5.使用靈活、可靠、便捷
OMRON視覺傳感器的菜單系統(tǒng)分為對話菜單和專家菜單，簡單的測量使用對話菜單即可，復雜的測量要使用專家菜單。每一種檢測方法的設置流程簡單而實用，小巧簡單的小控制器便于操作。每進行一步設置的時候，屏幕上都有豐富的操作提示，非常容易掌握。
系統(tǒng)構建
左右類型不同的轉向節(jié)，球頭銷在其上面所安裝的位置方向相差甚遠。一個相機不可能完成檢測任務，因此采用雙相機檢測的方式。
系統(tǒng)構建如圖2所示：
圖2 視覺系統(tǒng)
1.視覺傳感器的構成
此視覺傳感器構成如下：一個視覺控制器，型號為F160-C15E-2，屬于PNP型；兩個相機，型號為F150-S1A；兩根相機電纜，型號為F150-VS；兩個相機鏡頭，型號為MLH-10X；一根并口電纜，型號為F160-VP；一個視覺監(jiān)視器，型號為UT-O64；一根監(jiān)視器電纜，型號為F150-VM；一個控制手柄（小控制器），型號為F150KP；視覺照明為多組普通日光燈；其他安裝附件。
視覺控制器使用24V直流電源，控制器上RUN指示燈亮了之后表示其運行正常。0號相機用于左件檢測，1號相機用于右件檢測；小控制器用于對菜單進行設置操作；監(jiān)視器用于顯示被檢工件的圖像、檢測結果和菜單信息。
2.外部設備
與視覺控制器通訊的外部設備是OMRON CS系列PLC。PLC通過并口電纜以數字I/O的方式與視覺控制器進行通訊。一方面PLC向視覺控制器發(fā)送切換工件和檢測命令，另一方面PLC接收視覺控制器發(fā)出的檢測結果。
3.設備連接
按照圖2將各個設備連接在一起，并檢查各個設備是否工作正常。
軟件設置
1．視覺控制器設置
在此，OMRON視覺檢測系統(tǒng)中使用的是專家菜單下的分類檢測方法。將不同類型球頭銷上的標識（L或R）分別登錄在不同的索引號下（0或1），視覺控制器通過相應的相機將被檢工件上的標識拍攝下來，然后將其與已登錄的各個索引號下的標準標識圖像比較，找到一個與被檢球頭銷標識圖像最接近的標準標識畫面，即認為被檢球頭銷與該標準球頭銷屬于同一類型，然后輸出該標準球頭銷的索引號。
通過控制手柄在視覺控制器上進行設置流程如圖3所示：
圖3 設置流程
（1） 選擇工件、鏡頭和方法
畫面的左上方有2個菜單。首先在左邊菜單中通過小控制器選擇0號工件畫面即Scn0（用于左轉向節(jié)檢測畫面）。然后在右邊菜單中選擇SET模式，之后將提示選擇相機，選擇camera0（0號相機用于左轉向節(jié)檢測）。接下來要為0號相機調焦，設置相機快門速度，使得監(jiān)視器上所拍攝的工件圖像清晰可辨。完成后選擇classification，即分類檢測方法。
（2） 登錄模型
在下一級菜單中選擇model registration，然后選擇registration開始登錄標準球頭銷畫面，接著選擇box（登錄矩形的畫面）和or（登錄的畫面以或的形式與標準畫面比較），最后選擇Add（增加登錄區(qū)域）將出現圖4（a）所示的矩形選擇框。拖動選擇框將其放置在欲登錄圖形的合適位置，然后回車改變其大小，使選擇框剛好將欲登錄圖形圈住，再次回車之后選擇End，一個左球頭銷標準圖形就登錄完畢了。如果左球頭銷有多種樣式，則可以將每種樣式的球頭銷都登錄到0號索引號之后，但最多不超過5種。按照同樣的方式將右球頭銷登錄在1號索引號之后，同樣也可以登錄不超過5種不同樣式的右球頭銷，如圖4（b）所示。圖4（c）為左右球頭銷全部登錄完成后的畫面。
圖4 登錄模型
（3） 設置搜索范圍
左右球頭銷全部登錄完成后，退出上面圖4（c）畫面，選擇search region，出現圖5所示畫面，圖5中的矩形方框即為搜索范圍，當檢測進行的時候，視覺控制器僅在此范圍內尋找被檢工件上的左右標識，此區(qū)域設置的越大，受工件位置偏移的干擾就越小，檢測就越可靠，但是檢測的時間也越長。拖動光標改變選擇框的大小，選擇一個合適的搜索范圍。
圖5 搜索范圍
（4） 設置判斷條件
在搜索范圍設置完成后，返回到上一級菜單中，選擇judgement conditions將出現在圖6所示畫面。可以通過小控制器更改畫面中的合格相似度范圍，允許的XY方向移動范圍。圖6中允許的相似度范圍設定在60%～100%之間，實際檢測結果為79%，中心坐標的X方向值和Y方向值也都在設定的允許范圍之內，這說明當前球頭銷與已登錄的一個標準球頭銷的相似度在所設置的合格范圍之內，那么就認為當前球頭銷與該標準球頭銷屬于同一類別，即同一索引號。此時視覺控制器便通過相應的輸出端子輸出該索引號。
圖6 判斷條件
（5） 改變詳細條件和設置坐標模式
不用改變，使用默認設置。
（6） 設置表達式
在主畫面右側菜單的Set模式中選擇expression，然后選擇Judge0，進入表達式設置畫面。Judge0對應著一個輸出端，現在要做的是為此輸出端配置輸出條件。首先選擇一個測量指標，此處選用測量區(qū)域0發(fā)出的索引號即R0.IN。為這個測量指標設置一個判斷輸出的條件，如圖7所示。設置完成后，當被檢球頭銷被識別為左球頭銷時，Judge0對應的輸出端有輸出。
圖7 Judge0表達式
同理，Judge1對應著另一個輸出端，為Judge1配置輸出條件。選擇的測量指標還是測量區(qū)域0發(fā)出的索引號即R0.IN。為這個測量指標設置一個判斷輸出的條件，如圖8所示。設置完成后，當被檢球頭銷被識別為右球頭銷時，Judge1對應的輸出端有輸出。
圖8 Judge1表達式
（7） 設置于外部設備的通訊方式
在主畫面右邊菜單的system設置中選擇communications，然后選擇parallel（并口通訊）。在那里對并口通訊進行各種設置。將ON state設置成：OK:ON。其他使用默認設置，并口通訊設置完畢。
到此為止，0號工件畫面即Scn0的檢測設置完成。然后為1號工件畫面進行設置（Scn1用于右轉向節(jié)檢測）。Scn1使用camera1，接著為1號相機調焦，設置相機快門速度。同樣選擇classification，即分類檢測方法。接下來的設置過程于Scn0完全一樣。視覺控制器設置全部完成后，一定要記得保存這些設置。
2.PLC程序
如圖9所示，PLC程序準備好并運行起來之后之后，即可進行視覺檢測。
圖9 PLC程序
檢測過程
當球頭銷被裝配到轉向節(jié)上之后，隨線體放行到達視覺檢測工位。PLC通過其他傳感器（光電開關）預先識別到當前被檢轉向節(jié)是左還是右，然后發(fā)送切換工件畫面命令（DI0、DI7和DI9）至視覺控制器。待視覺控制器上的工件畫面（Scn0或Scn1）切換完成后，PLC向控制器發(fā)送開始檢測命令（RUN）。視覺控制器接收到檢測命令后，通過相應的相機（左轉向節(jié)使用0號相機，右轉向節(jié)使用1號相機）攝入被檢工件上球頭銷的圖像，并將此球頭銷的圖像與已經登錄的標準球頭銷圖像比較，按先前所設置的判斷條件將被檢球頭銷分類（是左件還是右件）。如果被識別為左件，Judge0對應的輸出端輸出信號，如果被識別為右件，Judge1對應的輸出端輸出信號。PLC接收到視覺控制器所輸出的左球頭銷或者右球頭銷信號，通過PLC梯形圖程序進行判斷當前轉向節(jié)與球頭銷是否匹配。如果不匹配，則通過聲光報警提示操作者；如果匹配，則產生放行信號，一個轉向節(jié)與球頭銷匹配與否的視覺檢測完成。
結束語
該向節(jié)裝配線使用了視覺檢測系統(tǒng)后，極大地減少了球頭銷誤裝的情況，提高了產品質量、降低了操作者的工作負擔。即使廠家所使用的球頭銷品種發(fā)生了改變，只需要重新登錄新品種的標準模型即可。這種靈活、可靠和便捷的檢測手段給用戶帶來了非常可觀的經濟效益，樹立了良好的產品形象。(end)
