基于PLC与机器视觉的图像绘制

论文总字数：20880字

目 录

1 绪论 1

1.1引言 1

1.2 研究背景及意义 1

1.3 机器视觉的国内外研究现状 1

1.4 研究的内容以及结构安排 2

2 可编程控制器与机器视觉原理 3

2.1 可编程控制器（PLC） 3

2.2 机器视觉系统 4

3 总体设计 6

3.1 总体的方案设计 6

3.2 硬件的选用 7

4 详细的内部设计 8

4.1 视觉系统 8

4.2 PLC内部程序设计 11

5 程序调试与成果展示 17

5.1调试过程 17

5.2 实验遇到的问题及解决方案 18

5.3 成果展示 18

6 总结与心得 20

参考文献： 21

附录： 22

致谢 30

1 绪论

1.1引言

本设计是通过伺服系统和机器视觉的结合来完成物体轨迹扫描和重建的工程。机器视觉负责采集图像，经过软件处理后将其转换成相应的数字量，然后通过伺服系统完成相应的机械运动。至于本次实验用到的控制器，我使用的是由信捷公司研发并生产的PLC（可编程控制器）。本次设计要求能够学会用相机捕捉影像 、学会将图片信息转换为数字信息、 掌握伺服驱动器的使用方法 、熟悉物体轨迹的再现方法。熟练的应用这几项技术，去完成物体图像的检测并且将图像轮廓。

1.2 研究背景及意义

机器视觉系统，顾名思义就是用机器来代替人眼，实现检测，判别等一系列工作。现在很多的工业上都需要用到实时的图像检测，通过现场的情况来进行下一步的工作。为了达到更高的精确度，我们需要获得更加清晰，更加稳定的图像。鉴于人眼辨识度不够高，效率不够快，以及一些恶劣的环境不适合让人们工作，机器视觉系统就被开发出来了。

现在很多的智能设备，生产应用都用到了机器视觉，通过视觉系统我们可以实时的了解外部变化，然后做出相应的回应，提升了工作生产的灵活性与安全性，也使得一些肉眼不易识别，辨析的物体能够被准确提取分析，提升了判断的准确性与精确度。机器视觉可以带来这么多的便利，然而在中国，我们的关于机器视觉的发展以及应用都还不够完善，不论是应用层面还是精准度，都还有很大的提升空间。鉴于国内的机器视觉发展水平不高和在中国的生产需求日益增加，机器视觉的应用和发展都是显得越来越重要了。

工业上很多的应用是将机器视觉系统与可编程控制器联系在一起，两者共同作用后发出信号，控制伺服系统运作。可编程控制系统是为工业控制的特殊需要而特别设计的操作系统，它所使用的存储器可以被编程，内部的各种信号以数字量或者模拟量的形式输出，继而控制工业生产。伺服系统，我们也将其称作为随动系统。所谓伺服系统就是控制某一被控对象的状态，实现一个精确、连续、自动的控制系统，重现输入信号的变化规律、达到想要的控制效果。而能够使其完成系统精确地跟踪指令，完成理想中的运动控制的技术就被称作“伺服控制技术”^[3]。如何将这三者紧密的结合在一起，完成高精度的运动控制，是我们现在需要研究的问题之一，能够将三者结合在一起，可以解决许多现在工业控制所解决不了的问题。为了达到工业上的更高的需求，这种综合性的控制系统的研究也显得更加有意义。

1.3 机器视觉的国内外研究现状

1.3.1 国外研究现状

国外对于机器视觉以及其相关的应用研究比较早，经过这些年的不断发展与改进，关于机器视觉的技术已发展的相当成熟了。

最初，计算机视觉技术只是人工智能的一个子方向，但经过这么多年的拓展应用，视觉技术已经成为了一项成熟且应用前景广阔的技术了。随着技术的发展，计算机视觉的研究重心从静态图像的研究转向动态图像序列的研究。在这方面，典型的应用包括自动视频监控系统、视频MPEG编解码技术、人机交互感知接口、军事制导、雷达视觉。频率图像中的目标分析^[1]。

目前，国外的一些发达国家已经在应用市场上投入很多成熟的产品，并且在军事、民用上颇多。例如，FDI（FutuTeleDigital I成像）基于视频分析和处理，推出基于StaskStices的智能视频监控系统。IBM公司沃森研究中心开发的智能监控系统（S3）；objectvideo公司的己经发行了5个可以用于商业的Object videoVEIW系列产品。这些应用的实用性也预示着国外视觉技术的成熟。

1.3.2 国内研究现状

就国内而言，机器视觉技术还算是一门新兴技术，主要是我国引用的较晚，而且没有自己独立的技术。很多的产品不论是软硬件都是从外国进口，而且应用的方面较窄，由于开发能力不够，开发成本更高，效率也会降低，所以我国的机器视觉技术发展的没有那么迅速。但是不论是工业上的还是学术上，我们对机器视觉的需求都是日益增加的，因此我们更需要去投入更多的精力去研究机器视觉系统的开发与应用^[6]。

虽然面临许多难题，国内在机器视觉发展的道路上还是取得了一些成果的，不管是在院校内的研究还是在工业方面的应用，我们都在不断的尝试和改进，从简单的检测识别等一步步的向前迈进，最终能够让这项技术普及、实用。

1.4 研究的内容以及结构安排

本次设计的目的是学会用相机捕捉影像，学将图片信息转换为数字信息；掌握伺服驱动器的使用方法并且实现图像轮廓的描绘。

设计的主要内容可以分成以下的几个部分： 1、视觉相机捕捉影像，获得被测量物体的轮廓图。 2、用视觉软件提取相机中的信息，并转化成可输出的数字量。3、编写内部程序，设定运动速度以及运行方式等。4、PLC控制驱动器，驱使电机以设定的速度描绘轨迹。5、设计简洁美观的人机界面。每个部分可以独立设计，但是最后通讯时要设置一致，保证各个部分之间能够紧密联系，共同合作完成目标。设计最终的要求是能够采集图像并且平稳、精准的将图像的轮廓描绘出来。

本论文的各部分安排如下：

第一章是绪论。绪论主要是讲本次设计的背景及意义，还有目前国内外关于机器视觉系统的研究情况。

第二章是PLC与机器视觉原理。该章讨论了PLC与机器视觉相关的问题，通过本章我们可以了解可编程控制器的工作原理，知道机器视觉系统的整体结构，了解这个系统的运作方式。

第三章是设计方案。这是整个设计的一个整体构思与安排，介绍了整体的设计方案。

第四章是详细的设计。设计部分介绍到了各个硬件的选型还有不同的上位机软件的设置问题。这一章可以让我们了解设计的具体工作，从采集数据到数据处理，最终描绘图像。每个部分都有其明确的安排，分工完成工作。

第五章讲的是调试。讲述了调试过程以及我在实验时遇到的问题及解决方案。

第六章就是总结。第六章是对我整个设计的一个总结以及的我一些心得体会。

2 可编程控制器与机器视觉原理

2.1 可编程控制器（PLC）

2.1.1 PLC的定义

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