運動控制器在流水線式視覺篩選設(shè)備中的應(yīng)用

文:深圳市正運動技術(shù)有限公司2022年第四期

  隨著國內(nèi)外工業(yè)智能制造的高速發(fā)展,面對市場日趨激烈的競爭,各行各業(yè)對產(chǎn)品的質(zhì)量、外觀、產(chǎn)能等提出了更高的要求。

  在工業(yè)生產(chǎn)過程中,由于生產(chǎn)條件和運輸環(huán)境中的不可控因素,很容易產(chǎn)生一些外觀劃痕、壓傷、擦掛、大小不一等缺陷,人工檢測一般在強燈光或者顯微鏡的工作環(huán)境中,人容易疲勞,容易誤判,對經(jīng)驗要求高,并且招人難、用工成本高等各種因素驅(qū)動之下,人工檢測轉(zhuǎn)機器視覺智能檢測勢在必行,進而對全自動智能化的外觀檢測設(shè)備市場產(chǎn)生了強烈的需求。

  跟玻璃圓盤視覺篩選設(shè)備一樣,流水線式視覺篩選機也是針對各種各樣的散件的尺寸、外觀等缺陷而研發(fā)的檢測設(shè)備,只是機械結(jié)構(gòu)略有差異。采用振動盤或者離心盤等上料機構(gòu),全自動輸送物料到流水線上,機器視覺系統(tǒng)對流水線上的物料進行視覺檢測,運動控制器完成流水線的恒速傳輸以及物料位置的編碼器反饋、硬件位置比較輸出對不同位置的CCD相機和吹氣口裝置進行控制,實現(xiàn)全自動的多面外觀、尺寸和顏色等檢測篩選。

  流水線式視覺篩選機針對散件,廣泛應(yīng)用于有攝像頭零部件、鋰電池零部件、磁性材料、電子原件、塑料橡膠制品、螺絲螺母、電子元器件、精密五金件等。

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常見檢測產(chǎn)品

  本文通過ZMC430N運動控制器在流水線式視覺篩選設(shè)備中的應(yīng)用,來更深入了解機器視覺飛拍、位置鎖存和高速硬件位置比較輸出在運動控制器的使用。

  一、ZMC430N運動控制器的產(chǎn)品介紹

  ZMC430N是正運動技術(shù)推出的高性能多軸EtherCAT總線+RTEX總線+脈沖運動控制器,支持EtherCAT/RTEX總線軸和脈沖軸同時使用和混合插補,同時板載6路差分脈沖輸出和6路單端脈沖輸出,6+4路編碼器輸入,通用數(shù)字量輸入輸出24+6/12+6,2路AD和2路DA,可實現(xiàn)點位運動、電子凸輪、直線插補、圓弧插補、連續(xù)軌跡加工等復(fù)雜的運動控制功能,也支持4路高速鎖存輸入和最多10路高速精準(zhǔn)輸出、位置同步輸出PSO,非常匹配應(yīng)用于2-8相機的流水線式視覺篩選設(shè)備上。

  ZMC430N運動控制器既可以脫機獨立運行,也可以PC上位機調(diào)用API函數(shù)庫來實現(xiàn)運動控制。ZDevelop 低門檻的IDE開發(fā)環(huán)境,集開發(fā)、調(diào)試、診斷于一體,完善的工藝包,滿足了現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中集成化、模塊化、智能化的需求。另外,ZMC430N的通用性,也可以用PC軟件,比如C#、C++、LabVIEW、VB、.NET、Python、Qt等第三方軟件調(diào)用同一套API函數(shù)庫來開發(fā)。

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ZMC430N產(chǎn)品圖

  ZMC430N運動控制器的功能

  ü 板載24點通用輸入,12點通用輸出,2路0-10V模擬量輸入和2路0-10V模擬量輸出

  ü 板載6+6路脈沖輸出軸接口和6+4路高速編碼器接口

  ü 支持30軸EtherCAT/RTEX總線運動控制,EtherCAT/RTEX+脈沖軸共30個,可混合使用

  ü 支持電子凸輪、直線插補、圓弧插補、連續(xù)軌跡加工等復(fù)雜的運動控制

  ü 可支持Delta、SCARA、協(xié)作機器人、雙旋轉(zhuǎn)等30+ 機械手模型算法

  ü 特殊固件支持多達12路精準(zhǔn)輸出、硬件位置比較輸出,可實現(xiàn)機器視覺飛拍功能和篩選吹氣高速輸出功能

  ü 支持4路高速鎖存輸入口,記錄流水線來料位置

  二、流水線式視覺篩選設(shè)備原理

  1.流水線式視覺篩選設(shè)備的原理

  流水線式視覺篩選機,通過振動盤或者離心盤將各類散件輸送到流水線傳送帶上,然后通過入口處光纖傳感器感應(yīng)檢測皮帶流水線上的工件物料,再通過ZMC430N運動控制器的高速鎖存輸入口記錄來料的實際位置,當(dāng)傳送帶上的物料到相機位置時,ZMC430N運動控制器通過高速輸出口觸發(fā)相機拍照,然后視覺處理運算。

  機器視覺檢測系統(tǒng)采用CCD工業(yè)相機將被檢測的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號,傳送給專用的圖像處理系統(tǒng),根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息,轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號,圖像處理系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標(biāo)的特征,如面積、數(shù)量、位置、長度等,再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果,包括尺寸、角度、個數(shù)、合格 / 不合格、有 / 無等,實現(xiàn)自動識別功能。根據(jù)產(chǎn)品的實際尺寸,其篩選速度最快能達到2000pcs/min。

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流水線式視覺篩選示意圖

  2.運動控制系統(tǒng)

  基于運動控制器/運動控制卡的的流水線式視覺篩選系統(tǒng),相比于傳統(tǒng)的PLC+觸摸屏方案,更集成化,響應(yīng)更快,效率更高,在流水線皮帶快速傳動的時候,也能通過視覺飛拍拍攝物料進行視覺處理,最快檢測速度可以達到2000pcs/min。

  正運動技術(shù)ZMC430N運動控制器通過EtherCAT總線或者脈沖軸接口控制伺服電機,實現(xiàn)傳送皮帶的運行,并實時記錄編碼器的反饋位置;高速輸入口接光纖傳感器,感應(yīng)并記錄物料的位置;高速輸出口接1-8個相機進行視覺飛拍,檢測物料的合格與不合格;同時高速輸出口接吹氣口,及時對視覺檢測的結(jié)果進行相應(yīng)處理分類;

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基于運動控制器的流水線式視覺篩選設(shè)備的硬件方案

  3.視覺系統(tǒng)

  主要由相機、鏡頭、光源、光源控制盒、視覺處理系統(tǒng)等組成。根據(jù)運動速度的快慢不同,對相機的拍照響應(yīng)時間、曝光時間以及鏡頭光圈、像素和光源等都有一定的要求,完成不同產(chǎn)品的測量和檢測等視覺功能。

  三、ZMC430N運動控制器在轉(zhuǎn)盤式視覺篩選設(shè)備中的應(yīng)用

  1.方案硬件配置

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  2.硬件位置比較輸出-視覺飛拍應(yīng)用

  在流水線皮帶的傳輸過程中,物料通過每一個相機,都要進行物料的正反面或者側(cè)面等視覺測量與檢測等,傳統(tǒng)的做法是運動到每一個相機位置,流水線皮帶停下來,視覺系統(tǒng)拍照處理??墒桥臄z需要時間,往往造成設(shè)備不需要的停頓動作和時間消耗,對產(chǎn)能產(chǎn)生嚴重的影響。

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定拍V-T圖

  使用視覺飛拍技術(shù),當(dāng)物料傳輸?shù)较鄼C拍攝位置時,由運動控制器內(nèi)部觸發(fā)相機,進行動態(tài)無停頓拍照,微秒級的拍攝速度,數(shù)毫秒間輸出視覺運算結(jié)果OK或者NG,回傳給控制器,確定是OK吹氣口工作還是NG吹氣口工作,實現(xiàn)篩選的目的。ZMC430N運動控制器支持最多12路硬件比較輸出,既保證效率,又確保了精準(zhǔn)度。

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飛拍V-T圖

  3.系統(tǒng)動作流程

  1)待檢產(chǎn)品上料

  根據(jù)物料的類型,選擇相應(yīng)的振動盤或者離心盤,將各類散件輸送到流水線傳送皮帶上,其中皮帶線是以某一設(shè)定的速度在恒速運行;

  2)感應(yīng)物料并記錄位置

  當(dāng)傳感器感應(yīng)到物料,基于FPGA的高速鎖存口記錄物料當(dāng)前位置;

  3)相機觸發(fā)拍照

  通過高速鎖存口鎖存的位置,計算出各個相機的位置,由運動控制器內(nèi)部硬件位置比較輸出觸發(fā)相機,進行視覺飛拍

  4)視覺系統(tǒng)處理

  對拍照的物料圖片進行視覺檢測、測量、識別等功能,并傳輸OK或者NG信號給到運動控制器

  5)吹氣篩選

  根據(jù)視覺系統(tǒng)反饋給運動控制器的結(jié)果,以及通過感應(yīng)器鎖存的物料的位置計算出吹氣口的位置,由運動控制器內(nèi)部硬件位置比較輸出控制吹氣口,進行篩選OK或者NG

  四、ZMC430N運動控制器在流水線式視覺篩選設(shè)備應(yīng)用上的主要功能和特點

  1.核心功能特點

  1)高速鎖存功能

通過高速輸入口,鎖存轉(zhuǎn)盤上來料的編碼器實時位置

  2)視覺飛拍-硬件位置比較輸出

  根據(jù)鎖存位置,算出相機觸發(fā)的位置,實現(xiàn)視覺飛拍

  3)高速吹氣-硬件位置比較輸出

  根據(jù)鎖存位置,算出吹氣口的位置,實現(xiàn)皮帶流水線不停頓吹氣篩選分類

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基于運動控制器的流水線式視覺篩選功能實現(xiàn)原理

  2.運動控制功能相關(guān)指令:

  1)飛拍觸發(fā)相關(guān)指令

  HW_PSWITCH2可以實現(xiàn)單軸、二維、三維的硬件位置比較輸出,轉(zhuǎn)盤式視覺篩選設(shè)備系統(tǒng)只需要使用單軸的硬件位置比較輸出就可以實現(xiàn)其功能

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  HW_PSWITCH2(1,opnum,opstate,tablestart,tableend[,direction])

  mode:1-啟動比較器

  opnum:對應(yīng)的輸出口

  opstate:第一個比較點的輸出狀態(tài)

  tablestart:第一個比較點絕對坐標(biāo)所在TABLE編號

  tableend:最后一個比較點絕對坐標(biāo)所在TABLE編號

  direction:第一個點判斷方向,0坐標(biāo)負向,1坐標(biāo)正向,-1不使用方向

  2)位置鎖存

  REGIST指令用來鎖存軸的測量反饋編碼器位置,當(dāng)鎖存產(chǎn)生時,軸狀態(tài)MARK會被設(shè)置為ON,同時鎖存到的位置會被存儲在參數(shù)REG_POS內(nèi)

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  REGIST(100+mode, tableindex, numes)

  mode:鎖存方式

  tableindex:連續(xù)鎖存的內(nèi)容存儲的table位置,第一個table元素存儲鎖存的個數(shù),后面存儲鎖存的坐標(biāo),最多保存?zhèn)€數(shù)= numes-1,溢出時循環(huán)寫入

  numes:占用的table個數(shù)

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示波器仿真(REGIST鎖存輸入+HW_PSWITCH2硬件位置比較輸出)

  五、ZMC430N運動控制器在流水線式視覺篩選設(shè)備應(yīng)用上的方案亮點

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  l 來料在機器視覺檢測和測量過程中,機構(gòu)不用停下來,相比靜態(tài)拍照,減少機臺CT,提高效率

  l 高速鎖存輸入口配合使用,進一步提升設(shè)備的物料分選精準(zhǔn)度和效率

  l 多達12路高速硬件位置比較輸出口,適合1-8個相機的流水線式視覺篩選的場合,同樣也適用于玻璃轉(zhuǎn)盤式視覺篩選的場合

  l 可通過PC上位機(C#/C++/.NET/Python/Qt…)調(diào)用API函數(shù)和下位機Basic混合編程,相比于傳統(tǒng)的PLC+觸摸屏方案,集成化更高,性價比更好,響應(yīng)更快,效率更高

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