基于欧姆龙FZ-SC机器视觉的硬币检测与分拣系统的设计
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摘要：自动化分拣控制系统在社会的各行各业都有应用，本文主要在自动化分拣系统的基础上增加了机器视觉，根据一定的分拣要求，对一元、五角、一角的硬币进行分拣，以三菱PLC为控制中心，欧姆龙FZ-SC机器视觉为检测中心，设计一款基于欧姆龙FZ-SC视觉系统的硬币检测与分拣的设备。这款设备集合了PLC控制技术、气动技术，机器视觉技术和组态监控技术等，实现了对三种不同硬币的自动化检测与分拣。该设备有着自动化程度高，速度快，精度高，节省人力，容易操作等优点。
关键词：分拣;机器视觉;硬币
中图分类号：TP23
文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）04-0168-03.
收稿日期：2019-11-24
作者简介：唐咏（1985—），女，江苏泰兴人，硕士，常州工程职业技术学院自动化技术系，研究方向为SOPC、FPGA、嵌入式开发与应用，学生就业工作。
Design of Coin Detection and Sorting System Based on Omron FZ-SC Machine Vision
TANG Yong
（Changzhou Institute of Engineering Technology，Changzhou 213164，China）
Abstract：The design of coin detection and sorting system Based on Omron FZ-SC
machine vision automatic sorting control system
has been applied in all walks of life.This paper mainly adds machine vision on the basis of automatic sorting system.According to cer-tain sorting requirements，the coins of one yuan，five jiao and one jiao are sorted，with Mitsubishi PLC as the control center and OMRON FZ-SC machine vision as the control center.Detection center，design a coin detection and sorting equipment Based on Omron FZ-SC vision system.This equipment integrates PLC control technology，pneumatic technology，machine vision technology and configuration monitoring technology，and realizes the automatic detection and sorting of three different coins.The equipment has the advantages of high automation，high speed，high precision，labor saving and easy operation.
Key words：Sorting;Machine Vision;Coin
1 概述
机器视觉检测与分拣硬币在生活中有着非常大的应用，大到国家制造硬币和银行整理检测硬币，小到商店收取硬币都需要。依靠人工的检测分拣已太过落后，速度慢且容易造成失误。机器视觉检测分拣硬币发展前景好，人才技术日益增长，国家支持。该项目完成后影响力大，受益人群广泛。
本文选用欧姆龙FZ-SC视觉设备、三菱PLC对硬币种类进行检测、分拣与组态，设计一套具备自动功能、高性能、高可靠性的，基于歐姆龙FZ-SC的硬币检测分拣系统。
2 系统的设计要求
硬币的检测与分拣系统的设计包括两大要求：
（1）功能要求：要具有电路保护功能，能完成一元、五角、一角硬币分到不同槽位的控制要求，要有启动，停止和急停的功能。
（2）控制要求：该系统要具有自动循环的工作方式，各个机器装置能协调运作不发生冲突。能通过组态控制PLC把不同的硬币分拣到不同的槽。
要求通过欧姆龙FZ-SC机器视觉设备检测不同的硬币，辨别出一角、五角、一元;其次欧姆龙FZ-SC机器视觉设备通过通讯线向三菱PLC发出信号;最后通过分拣控制系统向相应的执行机构发送指令，将不同种类的硬币分别分拣到不同的料仓中。
3 视觉设备的选型与检测过程
3.1 机器视觉选型
图像采集卡是视觉系统重要的组成部分，在机器视觉系统中它能对检测目标的输出信号进行采集，然后转换成数字信号给显示器进行实时的反馈。与图像采集卡相关的还有A/D转换、传输通道数、分辨率、采样频率、图像格式、图像采集卡副功能、颜色空间和帧和场。
基于项目要求预算情况，欧姆龙FZ-SC比较适合我们这项课题，能清楚地拍摄出硬币，所以最终选择欧姆龙机器视觉系统。如图1所示。
相机选用FZ-SC的相机选用FZ-SC相机，FZ-SC为全像素读出方式、.隔行传送型、1/3英寸CCD成像元件。
镜头选用CCD镜头，应用于对被测物识别，尺寸测量等方面还能与线扫描CCD相结合进行高精度检查。
3.2 机器视觉图像采集
打开视觉设备，安装好光源，把硬币放在镜头下。在显示屏上点击图像输入，调整相机位置，焦距和光源，找到适当的点，使硬币在显示屏上显示最清楚的画面。图像采集完成后，处理图片。论文采用三种图像处理算法：形状搜索、灵敏搜索和灵活搜索。在左侧图像处理栏分别添加三种图像处理算法。添加完之后，开始检测。点击形状搜索，屏幕上出现之前拍的照片，然后找到编辑选用矩形选定框，将硬币选中，缩到最小，然后点击确定，这是屏幕上的硬币会显示出许多绿色的点，接着回到初始状态，点击连续测量，屏幕上会显示出一个绿色的框，这是将硬币放在镜头下，绿色框会选定硬币，这是在形状搜索的那个选项会由“NG"变为“OK"，这就表明检测成功了，在右下角会有相似度，测量坐标和测量角度，然后根据相似度来判定这枚是哪种类型的硬币，灵敏搜索和灵活搜索和前面的相似，都是在里面找到选定框选中要测的硬币，区别在于检测的方法不同。 （1）形状搜索II：通过对被测物形状的抓取，得到模型，然后经过模型与被测物的对比差异相似度进行搜索。
（2）灵敏搜索：自动分析登录模型，详细匹配，分割模型中输出最低相似度的值，一般用于模型和被测物没有太大差异的时候。
（3）灵活搜索：将有差异的测量物看作相似的物体，事先登录几个模型，从输入图像中找出多个与模型相似的部分，检测出相似度和位置信息。
实验结果：相似度：99.6 X坐标：398 Y坐标：288测量角度：0.1判定OK。
本视觉分拣系统实现一角、五角及一元硬币的分拣，机器视觉图像采集以一角硬币检测形状搜索II为例，如图2所示。
4 硬币的分拣过程
4.1 PLC选型
通过对课题的研究，确定要用到几个I/O测点，要有几个输入输出信号，然后根据我们学校现有的设备最终选择型号为FX3U的三菱PLC。具有16个输入16个输出端口，如图3所示。
在FZ-SC欧姆龙视觉设备与三菱PLC通讯完成之后，开始设备的运行，当视觉设备检测到硬币时，发送信号给PLC，然后PLC控制分拣的气动设备把硬币分到对应的各个槽，最后本课题设计的基于欧姆龙FZ-SC视觉系统的硬币检测与分拣是一个组合式的分拣结构。PLC的I/O点分配表如表1所示。
视觉检测部分包括FZ-SC系列晶体lite箱型、数码CCD相机、相机电缆、并行电缆、显示器电缆、液晶显示屏、相机电缆延长装置、小型相机用延伸管、小型相机用镜头、光源、图像采集卡。
传动机构包括传送带、伺服电机、支撑架、底座、伸缩机械手、接线端子等构成，气动部分包括气动部分主要由气缸，气瓶、输气管道、配气器等部件组成。
电气部分包括三菱PLC、电磁阀、传感器、变频器、开关、电源等部件。
根据PLC的I/O分配表画出PLC接线图，如图4所示。
PLC程序设计流程图如图5所示。根据PLC程序流程图编写出PLC控制程序，并实现了硬币的分揀。
5 总结
在本课题中，主要完成的工作是了解系统检测分拣硬币的组成与机构，完成硬件与软件的配置。在设计过程中，能将PLC与机器视觉系统相连接，完成两者之间的通讯。还要设计出一套完整的分拣硬币的程序，设计出对应的组态画面，最后，要通过这一系统完整的实现对硬币的检测与分拣。
本课题研究的运用机器视觉分拣硬币的意义非常重大，现在国内用到这一技术的地方还比较少，相信在未来科技技术的发展国家的富强，这一技术将会发展的更为便捷，会有更多的人使用这项技术。
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[通联编辑：梁书]
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