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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(fā)了一種序列號(hào)規(guī)格檢測(cè)識(shí)別設(shè)備，成功將機(jī)器視覺和激光檢測(cè)等前沿科技導(dǎo)入實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)編寫了基于Microsoft Visual Basic 6.0（VB6.0）的上位機(jī)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)軟件，提供了一種VB6.0與通用PLC的通訊驅(qū)動(dòng)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(guān)鍵詞：機(jī)器視覺，激光檢測(cè)，VB6.0，PLC

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

    1 引言

    打刻序列號(hào)已經(jīng)成為各種設(shè)施系統(tǒng)的一項(xiàng)基本防偽措施，有效清晰的序列號(hào)能成為設(shè)施設(shè)備出廠后的追蹤提供極其重要的線索。如可以依據(jù)每臺(tái)手機(jī)出廠前印刷在電路板上的序列號(hào)及內(nèi)置于手機(jī)軟件內(nèi)部的序列號(hào)判別其真?zhèn)危黄嚢l(fā)動(dòng)機(jī)序列號(hào)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(chǎng)更是使用商品的唯一序列號(hào)進(jìn)行收銀出貨及防盜防損。

    然而，各式各樣的序列號(hào)，怎樣才能保證其唯一性及高防偽性已經(jīng)成為工程界急需解決的技術(shù)難題。多年來(lái)，人們從最初的肉眼識(shí)別發(fā)展到今天的精密計(jì)算機(jī)技術(shù)。防偽和造假技術(shù)也在此長(zhǎng)期不斷的博弈中成長(zhǎng)。

    序列號(hào)的打印分為多種形式：有平面印刷形式的，有金屬點(diǎn)狀打刻形式，有金屬表面字符打刻形式等等。本系統(tǒng)是運(yùn)用機(jī)器視覺系統(tǒng)，激光掃描系統(tǒng)，高精度伺服系統(tǒng)配合工業(yè)高可靠CPU對(duì)汽車駕駛室前端的儀表盤上打刻的字符型序列號(hào)進(jìn)行規(guī)范化檢測(cè)的實(shí)時(shí)高精度儀器。它同時(shí)是一臺(tái)智能的合車一致性判別儀器和高精度動(dòng)作控制中心。伺服定位電氣精度達(dá)到2u，視覺判別準(zhǔn)確率達(dá)到100ppm以上，深度檢測(cè)傳感器精度在0.01mm以上。可以準(zhǔn)確判斷打刻字符，避免打錯(cuò)，漏打，打歪，打偏及缺筆少劃等錯(cuò)誤；在高精度深度傳感器的保證下能實(shí)時(shí)檢測(cè)打刻各個(gè)字符的深度，保證每個(gè)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(hào)具有高度一致性并具有很強(qiáng)的防偽效果。

    2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)硬件部分由機(jī)器視覺、激光深度檢測(cè)、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(jī)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)等。其中PLC網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的DEVICE NET網(wǎng)絡(luò)與serial communication網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的通信架構(gòu)，配合專用通信模塊組合而成。如圖1所示。
  
               
                                   圖1 PLC網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)圖

    3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)作為序列號(hào)檢測(cè)唯一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，檢測(cè)序列號(hào)產(chǎn)生設(shè)備加工符合性。第一步：上料，序列號(hào)加工完成后由推拉氣缸直接將工件送入本系統(tǒng)檢測(cè)支架；第二步：視覺檢測(cè)，視覺系統(tǒng)通過(guò)攝像頭獲取序列號(hào)特征值，并通過(guò)比對(duì)計(jì)算出序列號(hào)各個(gè)字符與標(biāo)準(zhǔn)字符的相似百分?jǐn)?shù)，達(dá)到預(yù)先設(shè)定閥值即判斷OK；第三步：激光深度檢測(cè),伺服驅(qū)動(dòng)檢測(cè)激光發(fā)射器對(duì)所有序列號(hào)字符進(jìn)行逐個(gè)掃描并實(shí)時(shí)傳輸?shù)郊す饪刂七\(yùn)算器，通過(guò)捕捉凸凹點(diǎn)邊緣差值的方法，控制器運(yùn)算出各個(gè)字符的打刻深度并實(shí)時(shí)傳輸?shù)絇LC內(nèi)存；第四步：PLC綜合判斷結(jié)果輸出。其中視覺檢測(cè)時(shí)間一般不會(huì)超過(guò)1s，激光深度檢測(cè)時(shí)間根據(jù)檢測(cè)字符個(gè)數(shù)長(zhǎng)短不一，一般可保證在0.5s/字符。本系統(tǒng)檢測(cè)19個(gè)字符，整體檢測(cè)周期為11s。具體功能流程如圖2所示：

                         
      
   3.1 視覺檢測(cè)

    本系統(tǒng)硬件采用OMRON FZ-350視覺控制器、兩臺(tái)專用視覺相機(jī)及外置康耐視平行高亮度LED光源組成。當(dāng)工件達(dá)到檢測(cè)位置后，PLC驅(qū)動(dòng)視覺系統(tǒng)進(jìn)行視覺拍照，視覺控制器實(shí)時(shí)獲取拍照信息進(jìn)行運(yùn)算處理，并通過(guò)與內(nèi)部預(yù)存圖片的比對(duì)，得出檢測(cè)序列的標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼字符及相似度并輸出供PLC判斷處理。PLC獲取檢測(cè)到的序列ASCII碼字符后與上位機(jī)標(biāo)準(zhǔn)字符序列進(jìn)行對(duì)比并根據(jù)相似度高低判斷該打刻序列號(hào)的OK/NG。

    3.2 激光深度檢測(cè)

    當(dāng)視覺檢測(cè)拍照完成后（內(nèi)部運(yùn)算不包括在內(nèi)），PLC驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)帶動(dòng)激光檢測(cè)頭對(duì)所有打刻序列字符逐個(gè)進(jìn)行深度掃描檢測(cè)，并實(shí)時(shí)將深度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC內(nèi)存。PLC根據(jù)用戶設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)深度逐個(gè)比較，實(shí)時(shí)判斷各個(gè)字符的打刻深度是否符合設(shè)計(jì)要求。

    3.3系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

    上位監(jiān)控電腦應(yīng)用軟件由采用通用VB6.0軟件編寫，通信方式為serial communication，通信協(xié)議采用hostlink協(xié)議。結(jié)構(gòu)如圖3所示。其功能包括：實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄系統(tǒng)各個(gè)傳感器運(yùn)行狀態(tài)；實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄操作人員各項(xiàng)按鈕動(dòng)作；實(shí)時(shí)存儲(chǔ)系統(tǒng)報(bào)警代碼；保存每一次掃描判斷過(guò)程及判斷結(jié)果。本系統(tǒng)采用優(yōu)化Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，按每天1000條報(bào)警記錄，1050條掃描判斷結(jié)果和1000條人工操作記錄計(jì)算，一年工作250天，250G的硬盤至少可以記錄10年以上數(shù)據(jù)。

                         
   

    3.4 底層控制通信方式設(shè)計(jì)

    3.4.1與遠(yuǎn)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(tǒng)中，掃描周期為2.696ms，可以完全達(dá)到實(shí)時(shí)性要求。通信協(xié)議為國(guó)際通用devicenet協(xié)議，此協(xié)議為工業(yè)系統(tǒng)層協(xié)議，具有可靠性高，通信速率快而且只需組態(tài)IO站無(wú)需額外編程的特點(diǎn)。如圖4所示：

                
                                 圖4 Device Net 結(jié)構(gòu)圖

   3.4.2機(jī)器視覺系統(tǒng)通信方式

   采用為RS232無(wú)協(xié)議通信，傳輸速率達(dá)到57600kbit/s。信息幀結(jié)構(gòu)如下：

         

   3.4.3激光深度檢測(cè)系統(tǒng)通信方式

    采用為RS232無(wú)協(xié)議通信，傳輸速率達(dá)到57600kbit/s。信息幀結(jié)構(gòu)如下：
  
   
    3.4.4與上位PLC通信方式

    采用協(xié)議宏的方式進(jìn)行通信，通信速率為9600kbit/s。信息幀結(jié)構(gòu)如下：
  
     
    協(xié)議宏如下：

    發(fā)送協(xié)議宏
   
             

    接收協(xié)議宏
   
             

    3.4.5與電腦通信方式

    采用hostlink通信協(xié)議通信速率為19200kbit/s。信息幀結(jié)構(gòu)如下：

      
    PLC與電腦組成串行通信網(wǎng)絡(luò)，電腦網(wǎng)絡(luò)地址為0.0.0，PLC網(wǎng)絡(luò)地址為0.1.0，如圖5所示：
   
                
                              圖5 PLC與上位機(jī)電腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

    ＰＬＣ與電腦形成內(nèi)存共享通信，如圖6所示：

              
                            圖6 PLC與電腦內(nèi)存連接結(jié)構(gòu)圖

    3.4.6 多種通信方式的融合

    本系統(tǒng)融合了RS232無(wú)協(xié)議通信，RS232協(xié)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(jī)整理下實(shí)現(xiàn)了各種通信協(xié)議下的系統(tǒng)實(shí)時(shí)、可靠、穩(wěn)定的預(yù)期目標(biāo)。

   采用的通信方式多樣性，決定了系統(tǒng)應(yīng)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(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求的前提下，留出盡量多的硬件通信資源。具體說(shuō)明如下：與遠(yuǎn)程IO站的通信為devicenet通信，由于其具有專用的內(nèi)存與專用的電纜以及專用的通信協(xié)議保證其可靠穩(wěn)定，通信方式為輪詢實(shí)時(shí)掃描，故通信不做限制。在PLC的特定內(nèi)存區(qū)域?qū)崟r(shí)存取即可。與機(jī)器視覺系統(tǒng)及與激光深度檢測(cè)系統(tǒng)的RS232無(wú)協(xié)議通信方式及與上位PLC的協(xié)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(zhǎng)的特點(diǎn)，故只有在機(jī)器視覺需要時(shí)進(jìn)行激活通信，也就是每個(gè)工作周期只激活一次通信，并將通信結(jié)果存儲(chǔ)于PLC指定內(nèi)存。與電腦的通信為HOSTlink協(xié)議通信，由于電腦具有速度快和內(nèi)存大的特點(diǎn)，故通信程序編寫在電腦方，并采用100ms發(fā)送一次讀寫命令的方式實(shí)現(xiàn)與PLC的內(nèi)存數(shù)據(jù)互連。總體來(lái)說(shuō)，所有的通信數(shù)據(jù)融合均在PLC內(nèi)存區(qū)域配合PLC程序完成。

   4 特點(diǎn)

   4.1 機(jī)器視覺系統(tǒng)判別

   采用視覺照相機(jī)及控制系統(tǒng)，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(xiàn)象。確保打刻序列號(hào)的完整性和一致性。

   4.2激光深度檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

   采用高精度伺服系統(tǒng)配合激光深度傳感器對(duì)打刻后的每個(gè)字符逐一檢查，確保其打刻深度在國(guó)標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)。能有效避免打刻過(guò)深和過(guò)淺的現(xiàn)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(shí)產(chǎn)權(quán)的VB上位機(jī)軟件及其通信方式

    開放的Visual Basic軟件和PLC的通信問(wèn)題一直是困擾工控設(shè)計(jì)人員的難題。由于各個(gè)PLC廠家的技術(shù)保密性及處于自己占有的市場(chǎng)份額考慮，以前、現(xiàn)在和今后都很難實(shí)現(xiàn)各種PLC通信協(xié)議的完全統(tǒng)一，更難實(shí)現(xiàn)各種PLC與電腦通信協(xié)議的完全統(tǒng)一。而每個(gè)系統(tǒng)都必須有操作終端進(jìn)行控制，電腦以其優(yōu)惠的價(jià)格，超強(qiáng)的運(yùn)算能力和超大容量的存儲(chǔ)空間，自然成為系統(tǒng)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(tǒng)采用hostlink通信協(xié)議，用finsgateway做為組態(tài)中介，實(shí)現(xiàn)了Visual Basic軟件與PLC的數(shù)據(jù)無(wú)縫對(duì)接，經(jīng)過(guò)測(cè)試，電腦與PLC的200個(gè)16位數(shù)據(jù)共享的掃描周期為100ms，完全能夠達(dá)到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

   5 結(jié)束語(yǔ)

   檢測(cè)設(shè)備的科技含量隨著工業(yè)的不斷進(jìn)步日益提高，并朝著智能化、模糊控制方向發(fā)展。本文介紹的采用機(jī)器視覺進(jìn)行識(shí)別以及采用激光掃描檢測(cè)高差的方法，能有效解決多種普通檢測(cè)無(wú)法完成的任務(wù)，為現(xiàn)代工業(yè)高效智能化檢測(cè)提供了一條有效途徑。

   參考文獻(xiàn)

   [1] 王興晶, 施波等. Visual Basic 6.0開發(fā)與實(shí)例[M]. 電子工業(yè)出版社, 1999.

   [2] Omron 公司. FZ3系列視覺系統(tǒng)操作手冊(cè) Rev.A.

   [3] Omron 公司. ZG2系列激光控制系統(tǒng)操作手冊(cè) Rev.A.

   [4] 劉澤.王嵬.王平鋼軌表面缺陷檢測(cè)機(jī)器視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào) 2010(11).

   作者簡(jiǎn)介：賀毅（1980-）,男,碩士,廣州明珞汽車裝備有限公司高級(jí)電氣工程師，研究領(lǐng)域?yàn)樽詣?dòng)化設(shè)備控制及人機(jī)界面。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第九期