利用彩色區(qū)域識(shí)別傳感器對(duì)產(chǎn)品包裝進(jìn)行分揀

由于采用了既經(jīng)濟(jì)又方便的視覺傳感器，本文中介紹的這家知名的濃縮牛奶生產(chǎn)商成功地將各種不同的包裝箱準(zhǔn)確的送到相應(yīng)的分揀中心進(jìn)行分揀。這種視覺傳感器通過區(qū)分不同的顏色，可靠的消除了產(chǎn)品在最終包裝階段產(chǎn)生的混裝現(xiàn)象，從而省略了人工分揀的步驟。它具有緊湊耐用的設(shè)計(jì)，各種工業(yè)環(huán)境下進(jìn)行電子圖像處理所需的部件和功能一應(yīng)俱全。

Hochwald Nahrungsmittel-Werke公司位于Polling，擁有Bärenmarke、Glücksklee等優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和其他出口產(chǎn)品。該公司在多年以前就已名揚(yáng)世界。隨著產(chǎn)品銷量的增加，在加工過程中對(duì)牛奶裝箱后分揀的要求也越來越高。

SimaticMV220包含進(jìn)行顏色檢測(cè)所需的全部組件，其中包括相機(jī)、數(shù)字I/O 、激光輔助對(duì)焦裝置等等 。

它在Weiding的工廠有大約180名員工，每年要將大約2億升牛奶加工成濃縮奶、奶粉制品以及鮮奶產(chǎn)品，其中絕大部分濃縮牛奶都用于出口。該工廠擁有五條生產(chǎn)線，產(chǎn)品有80克、170克、340克、410克四種包裝。

各種不同包裝的牛奶分成單層、雙層或四層進(jìn)行裝箱，然后一起通過傳送裝置送往分揀車間。各種不同類型的類型的紙箱在這兒經(jīng)過再次分揀，按照不同的包裝準(zhǔn)確的分裝到五條輸送帶上。

最初該廠主用通過光柵檢測(cè)牛奶外包裝箱的高度和/或長(zhǎng)度進(jìn)行產(chǎn)品分揀，也沒有發(fā)生什么誤檢問題。但是后來，隨著產(chǎn)品包裝的不斷多樣化——最后大約有18種不同尺寸、100多種款式的外包裝箱——僅僅通過尺寸進(jìn)行分揀已經(jīng)變得越來越困難了。Hochwald公司的電氣工程經(jīng)理Markus Werkstetter說：“為了準(zhǔn)確的將各種包裝箱分送到不同的輸送帶上，并且不需要人工進(jìn)行干預(yù)，我們開始考慮采用一種盡可能經(jīng)濟(jì)高效且使用方便的系統(tǒng)，它能夠通過檢測(cè)所經(jīng)過的包裝箱的顏色進(jìn)行分揀。”

簡(jiǎn)單、緊湊、經(jīng)濟(jì)高效

經(jīng)過對(duì)比，該公司最后決定采用西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)生產(chǎn)的SimaticMV220視覺傳感器。這種創(chuàng)新式彩色區(qū)域檢測(cè)傳感器綜合了強(qiáng)大的圖像處理技術(shù)和簡(jiǎn)單、緊湊的傳感器技術(shù)，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP 65，適合在要求較高的工業(yè)環(huán)境中使用。

這種傳感器產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊湊，大小僅有113 x 35 x 90mm，各種進(jìn)行色彩區(qū)分的元件一應(yīng)俱全。最為重要的是，這種數(shù)碼相機(jī)配備了CMOS芯片，色彩分析的分辨率高達(dá)640 x 480像素，并且采用連續(xù)可調(diào)鏡頭，成像區(qū)域范圍在 40 x 30到200 x 150mm之間，檢測(cè)距離在50到250 mm之間。不僅如此，它還備有白色光源、激光對(duì)焦輔助裝置、簡(jiǎn)單的操作和顯示單元，以及按鈕、顯示屏、LED指示燈。
五條生產(chǎn)線每分鐘總共可檢測(cè)40只包裝箱，并將其準(zhǔn)確的送往各自的目的地。

它還集成有數(shù)字輸入和輸出，二者通過作用相當(dāng)于電源的M12連接器實(shí)現(xiàn)。該視覺傳感器可以“學(xué)會(huì)”16種不同的測(cè)試模型，經(jīng)過保存后，可以自動(dòng)檢測(cè)各種靜止或運(yùn)動(dòng)的物體。

系統(tǒng)事先無需經(jīng)過復(fù)雜的編程操作即可進(jìn)行色彩檢測(cè)，它采用手動(dòng)對(duì)焦方式，對(duì)焦時(shí)通過圖像窗口中的兩個(gè)激光點(diǎn)幫助操作。傳感器的調(diào)整采用菜單操作方式，可借助于系統(tǒng)所提供的模板進(jìn)行。用戶所作的只是提供一個(gè)或多個(gè)OK模型，一旦傳感器記住了所有模型，就可以立即開始工作。

為了檢測(cè)包裝箱的顏色或標(biāo)簽，Hochwald公司采用了平均測(cè)試密度為64色（總共有16到2048種顏色）的“Matching”測(cè)試類型進(jìn)行測(cè)試。需要檢測(cè)的顏色樣本（模型）由中央控制器指定，并通過設(shè)備的數(shù)字輸入傳輸至設(shè)備本身。

通過控制柜上的SimaticTP170B觸摸屏，最多可指定16種顏色樣本。

Markus Werkstetter說：“從滿足使用的角度看，目前只要能對(duì)顏色樣本進(jìn)行檢測(cè)并將檢測(cè)結(jié)果與隨后的幾何形狀掃描聯(lián)系起來就足夠了。”其中，配備有315-2DP CPU的SimaticS7-300中央處理器通過該信息可以清晰的、準(zhǔn)確無誤的確定包裝箱的形狀和顏色，隨之確定其送抵目的地。系統(tǒng)與 Simatic 控制器的連接通過視覺傳感器的數(shù)字輸入和輸出實(shí)現(xiàn)，并且通過Profibus總線分配至現(xiàn)場(chǎng)的ET 200 I/O站點(diǎn)。裝箱車間的本地操作和監(jiān)控通過SimaticTP170B觸摸屏進(jìn)行。今后還將部署灌裝車間和分揀車間各自的自動(dòng)控制系統(tǒng)之間的相互網(wǎng)絡(luò)連接，從而使加工過程變得更為透明。

到那時(shí)，Hochwald公司就可以在包裝箱經(jīng)過時(shí)，通過數(shù)字輸入信號(hào)準(zhǔn)確無誤進(jìn)行相片拍攝。每條生產(chǎn)線（共五條）的處理速度可達(dá)到每分鐘5到12箱，從而在理論上實(shí)現(xiàn)每秒鐘1箱的生產(chǎn)速度。實(shí)際上，通過制定科學(xué)的生產(chǎn)計(jì)劃，可以最大限度的降低對(duì)紙箱尺寸和顏色的統(tǒng)一性的要求，而且每分鐘最高可檢測(cè)約40箱。在設(shè)計(jì)方面，MV220每秒鐘可拍攝30張照片，而這個(gè)數(shù)字并不影響其處理速度。

通過此次Hochwald的項(xiàng)目，西門子的視覺傳感器產(chǎn)品充分證明了自己的實(shí)力。Werkstetter最后說：“MV220的功能充分滿足了我們的使用需求，使用起來既簡(jiǎn)單又方便。再者，該設(shè)備無需任何專業(yè)知識(shí)即可得心應(yīng)手的使用。一句話，它的性價(jià)比確實(shí)不錯(cuò)。”