基于工业摄像机的机床安全识别研究

蒋文祥，倪振兴，贾明明，蒋华年

（江苏亚威机床股份有限公司，江苏 扬州 225200）

1 绪论

机械设备的出现促进了人类社会的发展，社会的进步离不开制造业的供血输出。金属成型机床行业是如今绝大多数工程的基础，电梯行业，交通行业，幕墙行业，家电行业等等都离不开金属成型的支持。

在激光切割行业发展的如火如荼情况下，人们多机床的安全功能需求日益增加。在效率、精度逐渐满足使用需求的时候，安全以及成为了一个不可忽视的隐因素。

视觉检测就是用机器代替人眼来做测量和判断。通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。是用于生产、装配或包装的有价值的机制。它在安全检测方面功具有不可估量的价值。

本文采用视觉人形识别摄像头，通过摄像头检测到机床内部有人员进入活动，将视觉信号转化为数字信号，发送给设备，设备在100ms 内响应并紧急停止一切轴动作，需人员出来后手动复位方可恢复。

2 视觉安全检测方案

2.1 控制方案

采用激光切割机常用数控系统84ODsl、摄像头，由摄像头进行视觉检测，传输信号到控制系统，机床做出响应。其硬件组成如图1 所示。

图1 硬件组成

2.2 840Dsl 系统简介

采用的是一种开放式的设计结构，不仅仅可以应用于数控机床，也可以应用于运动控制领域，通过系统本身强大的工业通讯网络，可以设计成开环或闭环，实现柔性生产[1]。

840Dsl 系统主要分成三个部分:

（1）HMI，人机交互。主要由人机单元PCU，机床控制面板MCP，以及键盘鼠标，选配的触摸屏等等组成，实现加工与仿真，数据管理，上位机通讯等；

（2）控制、通讯系统。主要有数控单元NCU，可编程控制器PLC，以及外围通讯模块，输入输出模块等等，实现插补运算，运动控制，数字量模拟量控制等；

（3）S120 驱动系统。主要由S120 驱动系统，1FK系列伺服电机。具有节能，高动态，稳定可靠的进行轴向运动、插补等优点。

本文采用系统为840Dsl，配NCU+S120+MCP 等组成，具有较高的响应速度，系统时钟周期1ms，PLC响应周期10ms，能快速准确的响应视觉设备反馈回来的信息并及时作出响应。

2.3 视觉摄像头检测原理

（1）工件定位检测器探测到物体已经运动至接近摄像系统的视野中心，向图像采集部分发送触发脉 冲，可分为连续触发和外部触发。

（2）图像采集部分按照事先设定的程序和延时，分别向摄像机和照明系统发出启动脉冲。

（3）摄像机停止目前的扫描，重新开始新的一帧扫描，或者摄像机在启动脉冲来到之前处于等待状态，启动脉冲到来后启动一帧扫描。

（4）摄像机开始新的一帧扫描之前打开曝光机构，曝光时间可以事先设定。

（5）另一个启动脉冲打开灯光照明，灯光的开启时间应该与摄像机的曝光时间匹配。

（6）摄像机曝光后，正式开始一帧图像的扫描和输出。

（7）图像采集部分接收模拟视频信号通过A/D将其数字化，或者是直接接收摄像机数字化后的数字视频数据。

（8）图像采集部分将数字图像存放在处理器或计算机的内存中。

（9）处理器对图像进行处理、分析、识别，获得测量结果或逻辑控制值，输出所需信号

（10）处理结果对机床造成的影响，840Dsl 系统响应输出，机床做出对应响应动作[2]。

3 视觉安全检测方案

3.1 应用测试

亚威本次研发的摄像头安全识别功能针对于HLF 840Dsl 系统进行实际的应用测试。

3.1.1 摄像头参数设置

通过网页进入摄像头监控及参数界面，设置相机参数，关于图像采集、焦点、曝光、报警设置等，如图2 所示。选择合适的相机参数，达到想要的效果。

图2 参数设置

3.1.2 报警处理

在摄像头检测到有人形进去到监测范围后，输出报警信号。本次使用摄像头为NPN 输出，西门子PLC 为高电平有效，需要通过继电器中转至西门子PLC，机床做出相关响应，停止设备，保护相关人员。

图3 视角范围

图4 视觉检测

4 总结

在工业自动化原来越注重安全的大势下，摄像头安全识别已成为机床行业的必然趋势，受到更多客户的关注与青睐。亚威将不断进取，提升产品的安全性能，助力客户加工效率和产品质量提升。

当视觉检测应用到机床上之后，整体机床安全甚至操作性能都必将再次上升一个新的台阶。