2014高校设计大赛培训教材(视觉)VIP

“OMRON杯”SYSMAC自动化控制应用设计大赛培训教材发表单位欧姆龙自动化中国有限公司发表人方擎昊2目录一、FH视觉设备介绍二、视觉基础概念三、视觉系统配置四、系统设定及编程设置五、数据通信与触发3一FH视觉设备介绍SYSMACFH功能性能PRICE2万元30万元40万元50万元FZ5（）FQM简易视觉视觉产品的IMAGE应用定位检测有无伤痕、外观检测尺寸、测量定位4一FH视觉设备介绍VISION可以实现4大项内容系统构成注FH着重定位功能简单复杂应用项目5一FH视觉设备介绍6404801600120024482048尺寸测量等高精度测量时，推荐使用重复精度好的黑白相机。FZ系统详细配置6一FH视觉设备介绍速度MS精度500万像素60MS5MS10MS30MS200万像素400万像素200万像素30万像素FH专用相机FZ相机FZ系统详细配置78种相机控制器、输出（NPN/PNP）共用2台4台8台HIGH21GHZ4FH3050FH305010FH305020MIDDLE16GHZ2FH1050FH105010FH105020相机台数等级可连接FH专用相机可连接FZ用相机仅限BOX型将HG控制器型统合到标准机型中一FH视觉设备介绍8镜头选定广角（畸变大）远距离（畸变小）一FH视觉设备介绍9一FH视觉设备介绍10一FH视觉设备介绍光源选定环光同轴落射光源反光镜低角度光源斜光光源整体照射均匀平整地方呈现黑色、只有凹凸地方容易反射。平整地方呈现白色、只有凹凸地方不容易反射。通过从侧面照射，防止正反反射光（光晕）、之反射散射光透过光源碗光源对准相机照射，反映出对象物的阴影。可有效测量尺寸同时使用斜光光源低角度光源，通过照射，难受对象表面的凹凸影响，可均匀地照射。11二、视觉基础概念VISION可以实现4大项内容检测有无尺寸、测量伤痕、外观检测检测项目描述搜索识别测量对象的形状、检测其位置边缘位置利用测量区域内颜色的变化，检测出测量对象的边缘位置面积中心检测测量区域内指定颜色的面积及重心位置缺陷检测无背景测量对象的缺陷及零件缺损、毛刺修正图像描述测量前的处理通过抽取特定的亮度范围，提高图像的对比度，消除不需要的背景位置修正在测量对象的拜访位置各不相同时，对输入图像的位置进行修正背景消除增强指定区域的浓度，消除不需要的背景输出项目描述串行数据输出通过串行接口，将数据输出至可编程控制器、电脑等外部装置FIELDBUS数据输出通过现场总线（FIELDBUS）接口将数据向可编程控制器或电脑等外部设备输出辅助项目描述计算利用登录在处理单元上的处理项目判定结果及测量值进行计算输入条件分支根据外部输入条件分支下一个处理项目校准执行行梯形失真补偿后后的校准，修正各处理项目的输出坐标定位VISION主要处理项目类型12二、视觉基础概念（1）像素（画素）它是成像于相机芯片的图像的最小组成单位。以25万像素的相机为例，满屏有512484个像素,成像于1/3英寸大小的CCD芯片。如下图13。（2）精度精度等于所拍摄物体的大小MM/484像素PIXEL，单位MM/PIXEL13二、视觉基础概念（3）灰度从黑到白,把每个像素PIXEL所受光强分成0255共256度灰度等级。如下图14。（4）二值化把相机读取的256度灰度图像分为白色和黑两色。通过设置上/下限值（二值化值），把落在灰度范围内的图像转化为白色象素，其余转化为黑色像素。如下图14。图14二值化图13灰度等级14二、视觉基础概念广角镜头望远镜头优点畸变小、景深广缺点需要安装空间优点节省空间缺点畸变大即便从正上方拍摄，由于镜头畸变，比较容易呈现工件的侧面。6MM/8MM50MM/75MM镜头畸变较小，比较难反应工件的侧面。15三、视觉系统配置设备型号描述数量备注FH105010控制器1FZVS（5M）相机线5米2FHSM02200万相机13Z4SLESVEXR延长管13Z4SLESV0814H8MM镜头1FHVMRGBDVI转VGA接口1注LEDT812米日光灯光源4非欧姆龙光源。16三、视觉系统配置组成此次比赛由二个2自由度并联机械手、视觉传感器、小球和一个桌面组成。如下图1、射门机械手2、小球3、桌面4、守门机械手5、视觉传感器6、视觉光源17三、视觉系统配置安装接线相机接口1、控制器接口以太网及ECAT接口ECAT节点拨码，本系统拨码为04DVI接口2、相机连接使用相机线FZVS，连接控制器接口。高速模式需要接两根线。CAMER为连接相机端的接口。CH1接控制器接口0CH2接控制器接口1PS接线插口不能插反，否则使用时间过长会有设备烧坏的可能。接键盘和鼠标三视觉系统配置18相机支架尽量靠近攻击方攻击方防守方光源安装的支架光源电源插孔光源电源插头光源安装开关盒PS1、插头接上光源后，尽量不要取下。由开关盒控制明亮。2、光源安装时，不要与机械手运动区域重叠。防止撞击。19产品构成概要（网线连接，将网线插到ECATIN位置，下图红框）ETHERCATFHCONTROLLERHIGHSPEEDCAMERAVGA,2MPIXSYSMAC（ETHERCAT/SYSMACSTUDIO）、高速控制器/相机三、视觉系统配置NS触摸屏SYSMACSTUDIO节点号4节点号1节点号2四、系统设定及编程设置20视觉程序如下视觉程序目的1、将小球的位置得到，并且让防守方的机械手知道小球的位置。2、实现上述目标需要达到个功能（1）“标签”找到小球在照片中的位置。（2）视觉输出的坐标，机械手能够了解具体位置。小球21（1）系统设定设定相机拍摄的模式、通信的方式。（2）图像输入视野焦距调整包括调整快门速度光源调整（3）图像修正“灰度过滤”、“测量前处理”、“背景消除”等等。（4）图像位置修正或图像校准利用“位置修正”、“处理单元图像设定”，或坐标系转换（5）检测项目流程如下VISION可以实现4大项内容检测有无尺寸、测量伤痕、外观检测检测项目描述项目搜索识别测量对象的形状、检测其位置有无、定位边缘位置利用测量区域内颜色的变化，检测出测量对象的边缘位置尺寸面积中心检测测量区域内指定颜色的面积及重心位置有无、外观缺陷检测无背景测量对象的缺陷及零件缺损、毛刺外观定位VISION主要处理项目类型难易（6）数据输出项目要点1、精度2、功能3、时间四、系统设定及编程设置22系统设定1、通信方式将通信方式设定为ETHERCAT。“启动设定”“ETHERCAT”系统设定位置设定完毕后请按四、系统设定及编程设置四、编程设置及设定模式23系统设定2、运行模式将通信方式设定为“高速间隔触发优先”。图中为操作手册中的触发方式及注意点（图片可以拉大）。设定完毕后请按四、编程设置及设定模式24系统设定（3）相机设定为高速模式。由于使用的是两根线，所以要将相机0、相机1设置为高速设定完毕后请按（4）设定完毕后，“关闭”设定“保存”“重启”25界面介绍四、系统设定及编程设置26界面介绍四、系统设定及编程设置27界面介绍四、系统设定及编程设置28进入“图像输入FH”可以查看实际图片，通过查看图片将镜头上的光圈和焦距，“图像输入”中的快门速度、增益进行调整。图片的亮度可以通过镜头上的光圈和快门速度、增益决定，焦距由镜头上的焦圈决定。图像输入FH镜头上的螺丝位置可以调整，调整完后锁紧。快门速度调整至500US。光线亮度允许的情况下，快门速度越好。在调整快门和光圈无效的情况下，增加增益使图片变量。调整顺序光圈快门增益四、系统设定及编程设置四、编程设置及设定模式29图像修正测量前处理目的为检测物和背景分开，将被检物如突出。设定方法如下处理前处理后二值化把相机读取的256度灰度图像分为白色和黑两色。通过设置上/下限值（二值化值），把落在灰度范围内的图像转化为白色象素，其余转化为黑色像素。如下图30图像校准四、系统设定及编程设置图像校准即坐标系转换，使视觉图像上的坐标转换成机械手的坐标系。本次校准方法高精度校准（视觉部分完成）偏移量（视觉部分完成，或NJ部分完成）高精度校准高精度校准应用范围主要为去除镜头畸变和相机倾斜安装后的梯形失真，把图像和图像坐标按照实际尺寸坐标进行变换。优点校准精度较高。缺点如果配合机器人进行工作，需要机器人的坐标按照高精度校准的坐标进行变幻。图像坐标实际尺寸坐标补正前补正后31四、系统设定及编程设置图像校准高精度校准做高精度校准前会有下图的校准板。高精度校准完成后，视觉将会以中间圆环为原点（0,0）。视觉原点到机械手原点之间距离为11474MM，这也就是高精度校准完毕后，所要加的偏移量。注意坐标系的方向及所加偏移量的正负号。1313矩阵点，中心点为圆环直径20MM，其他点为15MM黑点，点间距30MM800MM圆环中心到边缘位置机器人推手宽度300MM圆环中心到边延ABAB15MM点直径30MM点间距20MM圆环直径守门机械手中间圆环为原点机械手为原点3474MM机械手半圆根部到机械手原点距离桌面1500MM600MM32四、系统设定及编程设置图像校准高精度校准主要设置内容点阵1313，点间距3MM。高精度校准中的“图像修正”不要选，费时间。（1）主要参数填写（2）设定获取点阵范围（3）特征点抽出并参数完成按会有键盘出现33四、系统设定及编程设置检测项目标签功能“标签功能”为主要检测功能。检测到坐标后进行输出。统计测量区域中选择色块的个数。除颜色以外，添加面积坐标主角轴等条件也可计数。抽取蓝色部分面积降序升序坐标升序降序坐标升序降序椭圆近似长径升序降序椭圆近似短径升序降序根据分类方法抽取的标签会分配编号。指定需要测量的标签编号，测量目标工件。34四、系统设定及编程设置检测项目标签功能“标签”在黑白照片情况下，只检测白色面积。勾选“2值反转”设置区域是请尽量设定在桌面范围内标签功能“本次检测只要检测出一个小球，所以需要加获得条件，把其余干扰因素剔除。需要设定抽取条件1、面积（小球的面积），2、椭圆近似长轴（小球是圆形的），3、椭圆近似扁平比率。以上这些都是不断测试才完成的参数测试35四、系统设定及编程设置检测项目标签功能“标签”编写判定结果，因为只有一个标签，所以标签数上下限都为1按“测量”可以进行测试。“高精度校准”完成后，在各个单元中启用。“标签”中校准功能开。36四、系统设定及编程设置检测项目标签数据“标签”的坐标数据不能直接被提取，所以需要增加标签数据功能。选择“标签”所在单元，并选择“标签”号，由于“标签”是“0”起始，我们只有一个标签所以默认即可。标签坐标辅助功能条件分支“标签”搜索到小球，就执行输出。没有搜索到就不执行输出