基于PLC机器视觉的自动贴膜机控制系统设计与实现

基于PLC机器视觉的自动贴膜机控制系统设计与实现

摘要 图像处理的研究可以追溯到上个世纪。近年来，随着智能制造技术的发展，图像处

理在智能制造中的应用逐渐完善，并广泛应用于各个工业部门。图像处理是人工智能的一

个重要分支。这是一种用机器代替人眼的判断技术。机器视觉将工业摄像机、传感器和图

像处理系统相结合，将捕获的目标转换为图像信号，传输到专门的图像处理系统，然后计

算目标的特征，使工业设备具有基本的分析和处理能力。将图像处理技术应用于智能制

造，不仅可以提高生产质量，而且可以提高生产效率，降低生产成本，取得更高的经济效

益。

在以往的贴膜生产中，通常是采用人工贴膜的方法，但人工贴膜往往存在着误差不可

控的现象，这导致人工贴膜在大规模生产的情况下，常常会出现贴膜质量问题，导致生产

效率低下【1】，这使得智能制造生产急需一种可以保证贴膜精度与效率的自动贴膜系统。

因此，合理设计并运用算法，然后结合 PLC 程序进行高效运动补偿是提高贴膜效率与精度

的关键，成为机器视觉自动贴膜系统设计的主要难点。

本文针对人工贴膜中所显现出来的精度低、效率低的缺点进行研究改进，设计了一套

以机器视觉为基础的自动贴膜机设计方案。对于一般的触摸屏，由于触摸敏感层附着在液

晶面板的外部，保护膜必须与触摸屏精准对齐，所以，自动贴膜机要解决的最主要问题就

是精准度问题。由于人工上料，所以出膜位置会产生偏差，导致贴膜位置不准。本系统通

过视觉识别系统进行目标位置标定进行自动取料，后经机器视觉部分的图像处理算法快速

处理图片，计算出轴向偏差与贴合角度【8】，经过图像处理过后，将图片边缘位置信息传

送给 PLC，在 PLC 中进行误差补偿处理，最后通过 PLC 驱动电机进行高速位置补偿及运动

控制，完成贴膜过程，从而保证贴膜的精准度。同时，通过 HIM 触摸屏人机界面监视整

个贴膜过程，使得整个贴膜生产过程具有可控性【2】。通过机器视觉误差分析与高速位置

补偿可以极大减小贴膜的误差大小，提高贴膜的精度和贴膜的效率，并且减少了人力的消

耗，最终达到贴膜生产要求【7】。

关键词：机器视觉 图像处理 自动化 PLC 自动贴膜

第一章 绪论 

1.1 背景与意义

近年来，智能制造和人工智能快速发展，越来越多的场景开始使用自动化设备进行生

产。智能制造是我们国家迈向制造强国的必经之路，也是未来很长一段时间我们国家制造

自动化发展的主要方向。机器视觉作为人工智能的一个重要组成部分，在智能自动化生产

过程中，几乎在行业的各个领域中，都能发现机器视觉的痕迹。机器视觉有着超越人眼的

精确度与效率，机器视觉在各行业的运用，可以加速智能制造的发展，进一步提高智能制

造效率。背景技术下的当今社会，智能手机已经成为人们生活中不可缺少的物品，手机在

衣食住行各方面都给人们提供了诸多便利【3】。随着智能制造技术的发展，越来越多的手

机厂商开始引入自动化生产线，成品智能手机贴膜在手机的生产过程中占据着非常重要的

作用。在机器视觉技术还未被广泛运用的情况下，给触摸屏贴膜的工作主要还是通过人工

来完成，人工贴膜有着容易产生误差并且效率低下的缺点【10】。因此，行业急需一种可以

将机器视觉与贴膜过程结合的技术来解决人工贴膜所产生的不足【11】。

基于机器视觉的自动贴膜机控制系统的设计作为实现机器视觉自动贴膜的关键组成部

分之一，其目标位置的标定、图像边界拟合误差分析与 PLC 控制程序的设计和运用对提高

自动贴膜机的贴膜精度与生产效率具有重大意义。而机器视觉系统本身是一门涉及多种不

同领域的交叉学科，这使得对其各领域的研究成为机器视觉发展的关键【9】。机器视觉本

身复杂的图像识别处理系统和 PLC 误差分析与高速位置补偿成为机器视觉自动贴膜系统研

究的难点，也是众多学者研究的对象。因此，本文将从图像处理、误差分析与伺服控制入

手，得出一套合理、实用的控制系统，旨在提高机器视觉自动贴膜机的贴膜精确度与效

率，推进机器视觉为核心的自动贴膜机的发展与应用。

目录

摘要 ..............................................................................................................................................................2

Abstract.........................................................................................................................................................3

第一章 绪论.................................................................................................................................................6

1.1 背景与意义........................................................................................................................................6

1.2 机器视觉自动贴膜系统简介............................................................................................................6

1.2.1 贴膜机的基本结构.....................................................................................................................6

1.2.2 贴膜机的工作原理.....................................................................................................................7

1.2.3 机器视觉图像处理系统简介.....................................................................................................8

1.3 国内外现状........................................................................................................................................8

1.3.1 国外机器视觉技术发展现状.....................................................................................................8

1.3.2 国内机器视觉技术发展现状.....................................................................................................8

1.4 本文工作和章节安排........................................................................................................................9

1.5 小结....................................................................................................................................................9

第二章 机器视觉的图像处理算法的设计与验证分析...........................................................................11

2.1 MATLAB 图像处理基本流程...........................................................................................................11

2.2 图像预处理程序设计......................................................................................................................11

2.2.1 灰度化处理...............................................................................................................................11

2.2.2 增强对比度处理.......................................................................................................................12

2.2.3 图像二值化处理.......................................................................................................................12

2.2.4 图像的滤波降噪.......................................................................................................................12

2.2.5 图像的边缘检测算法...............................................................................................................12

2.3 仿真结果..........................................................................................................................................14

2.4 小结..................................................................................................................................................15

第三章 X-sight 输出手机位置...................................................................................................................16

3.1 X-sight 机器视觉定位手机位置原理..............................................................................................16

3.2 图像采集硬件单元..........................................................................................................................16

3.3 中心点提取与三点定位系统标定..................................................................................................16

3.4 小结..................................................................................................................................................17

第四章 PLC 控制部分设计........................................................................................................................18

4.1 六轴联动机械手的结构及动作过程..............................................................................................18

4.2 PLC 外部接线图...............................................................................................................................19

4.3 PLC 控制程序设计...........................................................................................................................20

4.3.1 S7-1200PLC 触发相机拍照.......................................................................................................20

4.3.2 PLC 接收、发送图像信息........................................................................................................22

4.3.3 PLC 控制剥离爪撕膜................................................................................................................23

4.4 HIM 控制界面...................................................................................................................................23

4.5 小结..................................................................................................................................................24

第五章 结论与展望...................................................................................................................................25

5.1 主要结论..........................................................................................................................................25

5.2 对未来展望.......................................................................................................................................25

附录 A ............................................................................................................................26

附录 B ............................................................................................................................26

致谢 ............................................................................................................................................................26

参考文献 ....................................................................................................................................................27

参考文献

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