基于歐姆龍FZ-SC機器視覺的硬幣檢測與分揀系統的設計

摘要：自動化分揀控制系統在社會的各行各業都有應用，本文主要在自動化分揀系統的基礎上增加了機器視覺，根據一定的分揀要求，對一元、五角、一角的硬幣進行分揀，以三菱PLC為控制中心，歐姆龍FZ-SC機器視覺為檢測中心，設計一款基于歐姆龍FZ-SC視覺系統的硬幣檢測與分揀的設備。這款設備集合了PLC控制技術、氣動技術，機器視覺技術和組態監控技術等，實現了對三種不同硬幣的自動化檢測與分揀。該設備有著自動化程度高，速度快，精度高，節省人力，容易操作等優點。

關鍵詞：分揀;機器視覺;硬幣

中圖分類號：TP23

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）04-0168-03.

收稿日期：2019-11-24

作者簡介：唐詠（1985—），女，江蘇泰興人，碩士，常州工程職業技術學院自動化技術系，研究方向為SOPC、FPGA、嵌入式開發與應用，學生就業工作。

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

機器視覺檢測與分揀硬幣在生活中有著非常大的應用，大到國家制造硬幣和銀行整理檢測硬幣，小到商店收取硬幣都需要。依靠人工的檢測分揀已太過落后，速度慢且容易造成失誤。機器視覺檢測分揀硬幣發展前景好，人才技術日益增長，國家支持。該項目完成后影響力大，受益人群廣泛。

本文選用歐姆龍FZ-SC視覺設備、三菱PLC對硬幣種類進行檢測、分揀與組態，設計一套具備自動功能、高性能、高可靠性的，基于歐姆龍FZ-SC的硬幣檢測分揀系統。

2 系統的設計要求

硬幣的檢測與分揀系統的設計包括兩大要求：

（1）功能要求：要具有電路保護功能，能完成一元、五角、一角硬幣分到不同槽位的控制要求，要有啟動，停止和急停的功能。

（2）控制要求：該系統要具有自動循環的工作方式，各個機器裝置能協調運作不發生沖突。能通過組態控制PLC把不同的硬幣分揀到不同的槽。

要求通過歐姆龍FZ-SC機器視覺設備檢測不同的硬幣，辨別出一角、五角、一元;其次歐姆龍FZ-SC機器視覺設備通過通訊線向三菱PLC發出信號;最后通過分揀控制系統向相應的執行機構發送指令，將不同種類的硬幣分別分揀到不同的料倉中。

3 視覺設備的選型與檢測過程

3.1 機器視覺選型

圖像采集卡是視覺系統重要的組成部分，在機器視覺系統中它能對檢測目標的輸出信號進行采集，然后轉換成數字信號給顯示器進行實時的反饋。與圖像采集卡相關的還有A/D轉換、傳輸通道數、分辨率、采樣頻率、圖像格式、圖像采集卡副功能、顏色空間和幀和場。

基于項目要求預算情況，歐姆龍FZ-SC比較適合我們這項課題，能清楚地拍攝出硬幣，所以最終選擇歐姆龍機器視覺系統。如圖1所示。

相機選用FZ-SC的相機選用FZ-SC相機，FZ-SC為全像素讀出方式、.隔行傳送型、1/3英寸CCD成像元件。

鏡頭選用CCD鏡頭，應用于對被測物識別，尺寸測量等方面還能與線掃描CCD相結合進行高精度檢查。

3.2 機器視覺圖像采集

打開視覺設備，安裝好光源，把硬幣放在鏡頭下。在顯示屏上點擊圖像輸入，調整相機位置，焦距和光源，找到適當的點，使硬幣在顯示屏上顯示最清楚的畫面。圖像采集完成后，處理圖片。論文采用三種圖像處理算法：形狀搜索、靈敏搜索和靈活搜索。在左側圖像處理欄分別添加三種圖像處理算法。添加完之后，開始檢測。點擊形狀搜索，屏幕上出現之前拍的照片，然后找到編輯選用矩形選定框，將硬幣選中，縮到最小，然后點擊確定，這是屏幕上的硬幣會顯示出許多綠色的點，接著回到初始狀態，點擊連續測量，屏幕上會顯示出一個綠色的框，這是將硬幣放在鏡頭下，綠色框會選定硬幣，這是在形狀搜索的那個選項會由“NG"變為“OK"，這就表明檢測成功了，在右下角會有相似度，測量坐標和測量角度，然后根據相似度來判定這枚是哪種類型的硬幣，靈敏搜索和靈活搜索和前面的相似，都是在里面找到選定框選中要測的硬幣，區別在于檢測的方法不同。

（1）形狀搜索II：通過對被測物形狀的抓取，得到模型，然后經過模型與被測物的對比差異相似度進行搜索。

（2）靈敏搜索：自動分析登錄模型，詳細匹配，分割模型中輸出最低相似度的值，一般用于模型和被測物沒有太大差異的時候。

（3）靈活搜索：將有差異的測量物看作相似的物體，事先登錄幾個模型，從輸入圖像中找出多個與模型相似的部分，檢測出相似度和位置信息。

實驗結果：相似度：99.6 X坐標：398 Y坐標：288測量角度：0.1判定OK。

本視覺分揀系統實現一角、五角及一元硬幣的分揀，機器視覺圖像采集以一角硬幣檢測形狀搜索II為例，如圖2所示。

4 硬幣的分揀過程

4.1 PLC選型

通過對課題的研究，確定要用到幾個I/O測點，要有幾個輸入輸出信號，然后根據我們學?，F有的設備最終選擇型號為FX3U的三菱PLC。具有16個輸入16個輸出端口，如圖3所示。

在FZ-SC歐姆龍視覺設備與三菱PLC通訊完成之后，開始設備的運行，當視覺設備檢測到硬幣時，發送信號給PLC，然后PLC控制分揀的氣動設備把硬幣分到對應的各個槽，最后本課題設計的基于歐姆龍FZ-SC視覺系統的硬幣檢測與分揀是一個組合式的分揀結構。PLC的I/O點分配表如表1所示。

視覺檢測部分包括FZ-SC系列晶體lite箱型、數碼CCD相機、相機電纜、并行電纜、顯示器電纜、液晶顯示屏、相機電纜延長裝置、小型相機用延伸管、小型相機用鏡頭、光源、圖像采集卡。

傳動機構包括傳送帶、伺服電機、支撐架、底座、伸縮機械手、接線端子等構成，氣動部分包括氣動部分主要由氣缸，氣瓶、輸氣管道、配氣器等部件組成。

電氣部分包括三菱PLC、電磁閥、傳感器、變頻器、開關、電源等部件。

根據PLC的I/O分配表畫出PLC接線圖，如圖4所示。

PLC程序設計流程圖如圖5所示。根據PLC程序流程圖編寫出PLC控制程序，并實現了硬幣的分揀。

5 總結

在本課題中，主要完成的工作是了解系統檢測分揀硬幣的組成與機構，完成硬件與軟件的配置。在設計過程中，能將PLC與機器視覺系統相連接，完成兩者之間的通訊。還要設計出一套完整的分揀硬幣的程序，設計出對應的組態畫面，最后，要通過這一系統完整的實現對硬幣的檢測與分揀。

本課題研究的運用機器視覺分揀硬幣的意義非常重大，現在國內用到這一技術的地方還比較少，相信在未來科技技術的發展國家的富強，這一技術將會發展的更為便捷，會有更多的人使用這項技術。

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[通聯編輯：梁書]