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    （廣州明珞汽車裝備有限公司，廣東 廣州510800）賀毅

    摘要:本文開發了一種序列號規格檢測識別設備，成功將機器視覺和激光檢測等前沿科技導入實際應用，設計編寫了基于Microsoft Visual Basic 6.0（VB6.0）的上位機數據采集存儲軟件，提供了一種VB6.0與通用PLC的通訊驅動程序編寫方法。

   Abstract：This paper developed a kind of serials number standard detection and identification system, make the most advanced technology such as machine vision and laser detection in application successfully, designed a data collection software system based on VB6.0, provided a driver solution between VB6.0 and general PLC.

    關鍵詞：機器視覺，激光檢測，VB6.0，PLC

    Key wordS：Machine Vision，Laser Detection，VB6.0，PLC

    1 引言

    打刻序列號已經成為各種設施系統的一項基本防偽措施，有效清晰的序列號能成為設施設備出廠后的追蹤提供極其重要的線索。如可以依據每臺手機出廠前印刷在電路板上的序列號及內置于手機軟件內部的序列號判別其真偽；汽車發動機序列號可以追蹤到此車的出廠日期，使用年限及入貨渠道等重要信息；商場更是使用商品的唯一序列號進行收銀出貨及防盜防損。

    然而，各式各樣的序列號，怎樣才能保證其唯一性及高防偽性已經成為工程界急需解決的技術難題。多年來，人們從最初的肉眼識別發展到今天的精密計算機技術。防偽和造假技術也在此長期不斷的博弈中成長。

    序列號的打印分為多種形式：有平面印刷形式的，有金屬點狀打刻形式，有金屬表面字符打刻形式等等。本系統是運用機器視覺系統，激光掃描系統，高精度伺服系統配合工業高可靠CPU對汽車駕駛室前端的儀表盤上打刻的字符型序列號進行規范化檢測的實時高精度儀器。它同時是一臺智能的合車一致性判別儀器和高精度動作控制中心。伺服定位電氣精度達到2u，視覺判別準確率達到100ppm以上，深度檢測傳感器精度在0.01mm以上。可以準確判斷打刻字符，避免打錯，漏打，打歪，打偏及缺筆少劃等錯誤；在高精度深度傳感器的保證下能實時檢測打刻各個字符的深度，保證每個字符的深度均在0.30-0.50mm之間。這樣的措施能保障打刻的序列號具有高度一致性并具有很強的防偽效果。

    2 系統結構

    系統硬件部分由機器視覺、激光深度檢測、伺服定位、PLC控制器組成。

    軟件部分包括PLC控制邏輯程序，上位機數據采集存儲等。其中PLC網絡拓補結構采用國際標準的DEVICE NET網絡與serial communication網絡相結合的通信架構，配合專用通信模塊組合而成。如圖1所示。
  
               
                                   圖1 PLC網絡拓補結構圖

    3 系統功能設計

    本系統作為序列號檢測唯一標準設備，檢測序列號產生設備加工符合性。第一步：上料，序列號加工完成后由推拉氣缸直接將工件送入本系統檢測支架；第二步：視覺檢測，視覺系統通過攝像頭獲取序列號特征值，并通過比對計算出序列號各個字符與標準字符的相似百分數，達到預先設定閥值即判斷OK；第三步：激光深度檢測,伺服驅動檢測激光發射器對所有序列號字符進行逐個掃描并實時傳輸到激光控制運算器，通過捕捉凸凹點邊緣差值的方法，控制器運算出各個字符的打刻深度并實時傳輸到PLC內存；第四步：PLC綜合判斷結果輸出。其中視覺檢測時間一般不會超過1s，激光深度檢測時間根據檢測字符個數長短不一，一般可保證在0.5s/字符。本系統檢測19個字符，整體檢測周期為11s。具體功能流程如圖2所示：

                         
      
   3.1 視覺檢測

    本系統硬件采用OMRON FZ-350視覺控制器、兩臺專用視覺相機及外置康耐視平行高亮度LED光源組成。當工件達到檢測位置后，PLC驅動視覺系統進行視覺拍照，視覺控制器實時獲取拍照信息進行運算處理，并通過與內部預存圖片的比對，得出檢測序列的標準ASCII碼字符及相似度并輸出供PLC判斷處理。PLC獲取檢測到的序列ASCII碼字符后與上位機標準字符序列進行對比并根據相似度高低判斷該打刻序列號的OK/NG。

    3.2 激光深度檢測

    當視覺檢測拍照完成后（內部運算不包括在內），PLC驅動伺服機構帶動激光檢測頭對所有打刻序列字符逐個進行深度掃描檢測，并實時將深度數據傳輸到PLC內存。PLC根據用戶設定的標準深度逐個比較，實時判斷各個字符的打刻深度是否符合設計要求。

    3.3系統狀態監控與數據存儲

    上位監控電腦應用軟件由采用通用VB6.0軟件編寫，通信方式為serial communication，通信協議采用hostlink協議。結構如圖3所示。其功能包括：實時監控記錄系統各個傳感器運行狀態；實時監控記錄操作人員各項按鈕動作；實時存儲系統報警代碼；保存每一次掃描判斷過程及判斷結果。本系統采用優化Microsoft Access數據庫，通過實際應用，按每天1000條報警記錄，1050條掃描判斷結果和1000條人工操作記錄計算，一年工作250天，250G的硬盤至少可以記錄10年以上數據。

                         
   

    3.4 底層控制通信方式設計

    3.4.1與遠程IO站通信方式

    通信接口為devicenet專用主從模塊，傳輸速率為500kbit/s，在本系統中，掃描周期為2.696ms，可以完全達到實時性要求。通信協議為國際通用devicenet協議，此協議為工業系統層協議，具有可靠性高，通信速率快而且只需組態IO站無需額外編程的特點。如圖4所示：

                
                                 圖4 Device Net 結構圖

   3.4.2機器視覺系統通信方式

   采用為RS232無協議通信，傳輸速率達到57600kbit/s。信息幀結構如下：

         

   3.4.3激光深度檢測系統通信方式

    采用為RS232無協議通信，傳輸速率達到57600kbit/s。信息幀結構如下：
  
   
    3.4.4與上位PLC通信方式

    采用協議宏的方式進行通信，通信速率為9600kbit/s。信息幀結構如下：
  
     
    協議宏如下：

    發送協議宏
   
             

    接收協議宏
   
             

    3.4.5與電腦通信方式

    采用hostlink通信協議通信速率為19200kbit/s。信息幀結構如下：

      
    PLC與電腦組成串行通信網絡，電腦網絡地址為0.0.0，PLC網絡地址為0.1.0，如圖5所示：
   
                
                              圖5 PLC與上位機電腦網絡結構圖

    ＰＬＣ與電腦形成內存共享通信，如圖6所示：

              
                            圖6 PLC與電腦內存連接結構圖

    3.4.6 多種通信方式的融合

    本系統融合了RS232無協議通信，RS232協議宏通信，hostlink串口通信，devicenet總線通信等多種通信方式。在主程序有機整理下實現了各種通信協議下的系統實時、可靠、穩定的預期目標。

   采用的通信方式多樣性，決定了系統應用程序融合多通信方式的必要性。從整體考慮，通信在保證系統數據實時性要求的前提下，留出盡量多的硬件通信資源。具體說明如下：與遠程IO站的通信為devicenet通信，由于其具有專用的內存與專用的電纜以及專用的通信協議保證其可靠穩定，通信方式為輪詢實時掃描，故通信不做限制。在PLC的特定內存區域實時存取即可。與機器視覺系統及與激光深度檢測系統的RS232無協議通信方式及與上位PLC的協議宏通信，由于它們都占用串口硬件資源以及具有掃描周期較長的特點，故只有在機器視覺需要時進行激活通信，也就是每個工作周期只激活一次通信，并將通信結果存儲于PLC指定內存。與電腦的通信為HOSTlink協議通信，由于電腦具有速度快和內存大的特點，故通信程序編寫在電腦方，并采用100ms發送一次讀寫命令的方式實現與PLC的內存數據互連。總體來說，所有的通信數據融合均在PLC內存區域配合PLC程序完成。

   4 特點

   4.1 機器視覺系統判別

   采用視覺照相機及控制系統，能有效判斷打刻后字符的漏打，少打，打歪，打偏及缺筆少劃等不良現象。確保打刻序列號的完整性和一致性。

   4.2激光深度檢測系統應用

   采用高精度伺服系統配合激光深度傳感器對打刻后的每個字符逐一檢查，確保其打刻深度在國標規定的范圍內。能有效避免打刻過深和過淺的現象，為打刻字符的防偽性和一致性提供保障。

   4.3具有自主知識產權的VB上位機軟件及其通信方式

    開放的Visual Basic軟件和PLC的通信問題一直是困擾工控設計人員的難題。由于各個PLC廠家的技術保密性及處于自己占有的市場份額考慮，以前、現在和今后都很難實現各種PLC通信協議的完全統一，更難實現各種PLC與電腦通信協議的完全統一。而每個系統都必須有操作終端進行控制，電腦以其優惠的價格，超強的運算能力和超大容量的存儲空間，自然成為系統操作終端的首選。這樣電腦與PLC的通信就顯得尤為重要。本系統采用hostlink通信協議，用finsgateway做為組態中介，實現了Visual Basic軟件與PLC的數據無縫對接，經過測試，電腦與PLC的200個16位數據共享的掃描周期為100ms，完全能夠達到系統的實時性要求。

   5 結束語

   檢測設備的科技含量隨著工業的不斷進步日益提高，并朝著智能化、模糊控制方向發展。本文介紹的采用機器視覺進行識別以及采用激光掃描檢測高差的方法，能有效解決多種普通檢測無法完成的任務，為現代工業高效智能化檢測提供了一條有效途徑。

   參考文獻

   [1] 王興晶, 施波等. Visual Basic 6.0開發與實例[M]. 電子工業出版社, 1999.

   [2] Omron 公司. FZ3系列視覺系統操作手冊 Rev.A.

   [3] Omron 公司. ZG2系列激光控制系統操作手冊 Rev.A.

   [4] 劉澤.王嵬.王平鋼軌表面缺陷檢測機器視覺系統的設計[J].電子測量與儀器學報 2010(11).

   作者簡介：賀毅（1980-）,男,碩士,廣州明珞汽車裝備有限公司高級電氣工程師，研究領域為自動化設備控制及人機界面。

    摘自《自動化博覽》2011年第九期