视觉控制在位置跟踪系统中的设计_杨正芳

图像;识别;视觉

DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2013.12.007

视觉控制在位置跟踪系统中的设计

杨正芳

（广东省机械研究所，广东广州

510635）

摘要：为减少人力岗位的操作成本和避免人力疲劳工作的误操作性，针对产品在流水线作业中对产品摆放位置或摆放方向的特

定要求，采用视觉控制系统，结合运动机构，替代人力操作，从而提高了生产线自动化水平和生产效率。关键词：视觉系统；软件设计；图像处理中图分类号：TP242

文献标识码：A

文章编号：1009－9492(2013)12－0023－04

DesignofVisualControlSystemforPositionTracking

（GuangdongMachineryResearchInstitute，Guangzhou510635，China）

Abstract:Baseonthepositionorthespecialanglerequirementinproductionline，toreducethehuman’scostandavoidmistakewhen

YANGZheng-fang

workertired，thenusingthevisualcontrolsystembuildwithactionmechanismtoinsteadtheworker’sposition，toimprovetheautomaticproductionlineandtheproducingefficiencyKeywords:visualsystem；softwaredesign；imageprocessing

制造型客户在传统生产中，许多工位需要人工定位，人工检测，由于人力成本的增加，制造型企业希望提升制造线的自动化水平，针对这一客户需要，针对性的开发设计了一款视觉系统。

2视觉检测系统特征及技术要求

系统采用30万像素黑白工业照相机，初始可同时配置8个取样点；可测量位置偏移及角度偏转，并进行比较和数据的读取，进行跟踪及尺寸计算；单点跟踪运算时间100～500ms，动态配置输入输出的开关量及通信接口，提供RS232、RS485及CAN总线接口。

系统硬件主要包括工业计算机、工业相机、

1主要部件组成

组成：系统由工业照相机、工业计算机系统及I/O接口组成（见图1）。

（1）工业照相机：包括光源、镜头及相机等部件。

（2）工业计算机系统：包括工业计算机硬件、控制系统软件、相机及I/O接口的驱动程序等。

（3）I/O接口：可接PLC，或其他控制输入输出信号。

I/O接口模块，工业相机及I/O接口模块均采用USB接口与工业计算机相连，不需要连接外部电源。为达到较好的性能，工业计算机需要配置2核/2GHz处理器、2GB内存及以上的更高配置。工

业相机采用HV030UM，也可根据实际需要配置适当焦距的定焦/变焦镜头。

3I/O硬件设计及通信协议

3.1接口

I/O接口通过接口模块实现，模块一端为USB

接口，采用标准的USB2.0，与系统的计算机连

图1

视觉控制系统组件

接。另一端是采用6线制的接口，向其他开关量

收稿日期：2013－08－30

图像;识别;视觉

其中，ADR是软件设置的通信地址，在“输出信息配置”“接口地址”中设置。ID是取样点的编号，在软件中打开取样点属性框可以查看

图2

I/O接口模块

到。ST不为0表示定位查找成功，否则为失败。

取样点原始地址坐标：X=SX1·256+SX０，Y=SY1·Y=DY·1256+DY0

对比：

按逆时针的旋转角度：AG·1256+AG0

采用编码数据的发送模式。数据格式如下

图3

I/O管脚

256+SY０当前测试的地址坐标：X=DX1·256+DX0，

（从左到右发送）：

设备及通信设备提供信息连接（见图2）。3.1.1通信接口

通信由三条线组成（见图3）：GND（端口

其中，ADR是软件设置的通信地址，在“输出信息配置”“接口地址”中设置。ID是取样点的编号，在软件中打开取样点属性框可以查看到。ST不为0表示比对完成，否则标示未进行比对。不匹配的分块数：ER1·256+ER0，如果为０表示完全匹配。3.2.2CAN总线协议

6，黑色线）；RX_A_H（端口1，绿色线）；TX_B_L（端口2，黄色线）。通过软件设置，可其中，RS232、RS485通信采用1个起始位，8位数据，1个停止位，无校验位，波特率通过软件设置；CAN总线采用320k波特率，接收ID=1001，发送ID=1002。3.1.2开关量输出

以设置为RS232、RS485、CAN总线等传输方式，

数据采用原码数据的模式发送，定位、对

比、条码的数据格式与ＲS232/485通信协议章节相同。CAN总线是按数据包发送数据的，每个数据包只能发送８字节数据，因此在发送端需要将数据进行分包，接收端需要对数据进行组包。数据包的格式如下：

开关量输出由三条线组成（见图3）：VSS

（端口5，白色线）、VDD（端口3，红色线，与输入线共用）、Vout（端口4，蓝色线）。根据设定可以选择有PNP输出模式或NPN输出模式3.1.3开关量输入

开关量输入两条线组成（见图3）：VSS（端

口5，白色线）、Vin（端口3，红色线，与外部配置供用）。通过软件设置确定输入模式，有上升沿触发或下降沿触发，响应时间为50～100ms。3.2通信协议3.2.1RS232/485协议

定位：

编码数据采用数据包的编码发送形式。

的总数，1～N+1；DATA：发送的数据，最多为

SER：数据包编号，0～N；TOTAL：数据包

６字节。组包时，必须按照数据格式中从左到右、从上到下的模式进行，不是最后编号的数据包必须放满６字节数据，最后一个数据包放剩余的数据，可能不够６字节。

4系统软件设计及界面参数配置

4.1主界面窗口

主界面设计见图4。

采用编码数据的发送模式。数据DATA格式如下（从左到右，从上到下发送）。

图像;识别;视觉

并外接摄像头，保存后重新启动，否则设定无效，见图6。

图4

主界面窗口

1为系统菜单：包括有功能、配置、帮助；动安装正确，窗口将显示实时影像；3为取样图片窗口：显示当前的取样图片；2为实时影像窗口：如果工业相机连接及驱4为运行图片窗口：显示拍照获取的当前正

5为取样区域：绿色边框内为取样区域，取6为取样点：选取的取样点，可以是位置及图5参数设置界面在处理的图片，其中取样模式显示取样图片，运行模式显示当前操作图片；样点只能在该区域内选取；图6

影像源设置4.4通信及运行设置

通过通信及运行方式界面选择通讯端口及运行跟踪方式，见图7。角度跟踪点、亮度基准点、尺寸基准点、区域对比点、特定读取点；其中，位置及角度跟踪点取

样成功的显示为橙色，未取样成功的显示为黄色，鼠标移动到该位置时会显示取样区域及跟踪区域大小，点击鼠标可以进入取样点配置窗口。在实际运行检测过程中，显示各信息数据等。

4.2取样界面参数配置设定窗口

在取样区域内点击鼠标，或者在已存在的取样点上点击鼠标，将弹出取样窗口，见图5，根据图中设置要求，对取样点、跟踪位置、检测尺寸范围和模式等进行数据的配置及模式的选择。

4.3影像源设置菜单

勾选“模拟卡/USB”使用模拟卡的影像源，使用基于SAA7134HL芯片的PCI卡，可以选择检测列出的“设备”及设备的通道端口，

图7通信及运行设置

图像;识别;视觉

4.5输出信息配置

在输出信号方式界面，选择设定信号输出方式见图8。

图9图像参数设置

图8定位输处信号设置

7结束语

本文介绍了视觉控制在位置跟踪的设计，使系统可以准确、快捷地捕捉位置，可根据不同客户配以相应的动作控制，可起到模拟人力操作的效果，拓宽其应用范围。

参考文献：

［1］雷李辉，朱晓明，席文明.基于视觉的微马达转子引

线自动化装配研究［J］.机电工程，2011（06）：671-674.

作者简介：杨正芳，男，1970年生，河北永年人，大学专科，助理工程师。研究领域：自动控制，视觉检测控制。

(编辑：阮毅)

4.6USB视频设备配置

对摄取的图像效果进行参数设置见图9。

5位置与角度跟踪

5.1单点跟踪

单点跟踪是指在基准图片取样区域只成功设置了一个跟踪取样点（未成功的点不会被运行处理）。运行时，如果成功查找到跟踪点，则输出跟踪点的偏移位置信息及旋转角度信息，并显示相应的状态。5.2多点跟踪

多点跟踪是指在基准图片的取样区域成功设置了多个取样点，运行时，对每个成功取样的点都进行处理。多点跟踪时，如果其中有两个取样点的距离足够大，将获得更精确的旋转角度信息，输出显示。

[1]

6区域对比

如果在基准图片的取样区域设置了区域对比点，则在运行时将进行区域对比处理。区域对比将根据设置及跟踪点输出的偏移与旋转角度信息调整目标区域的位置与角度，并按照块的大小进行对比。在画面中将根据设定误差比较失败的块用红框标示出来，同时输出相关的信息，包括显示及I/O接口。