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，各行業(yè)對產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)產(chǎn)能都提出了更高的要求。本文通過ZMC430N運動控制器在轉(zhuǎn)盤式視覺篩選設(shè)備中的應(yīng)用，更深入地介紹了機(jī)器視覺飛拍、位置鎖存和高速精準(zhǔn)輸出等功能在運動控制器中的運用情況。

　　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(qiáng)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，并且在招人難、用工成本高等各種因素驅(qū)動之下，人工檢測轉(zhuǎn)機(jī)器視覺智能檢測勢在必行，進(jìn)而對全自動智能化的外觀檢測設(shè)備市場產(chǎn)生了強(qiáng)烈的需求。

　　玻璃轉(zhuǎn)盤式視覺篩選機(jī)，是針對各種各樣散件的尺寸、外觀等缺陷而研發(fā)的檢測設(shè)備。它采用振動盤等上料機(jī)構(gòu)全自動輸送物料到玻璃轉(zhuǎn)盤，機(jī)器視覺系統(tǒng)對物料進(jìn)行視覺檢測，運動控制器完成轉(zhuǎn)盤的恒速旋轉(zhuǎn)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(jī)和吹氣口裝置進(jìn)行控制，實現(xiàn)全自動的多面外觀和尺寸檢測篩選。

　　玻璃轉(zhuǎn)盤視覺篩選機(jī)針對散件生產(chǎn)，被廣泛應(yīng)用于攝像頭零部件、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、精密五金件等生產(chǎn)場景中。

圖1 常見檢測產(chǎn)品

　　本文通過ZMC430N運動控制器在轉(zhuǎn)盤式視覺篩選設(shè)備中的應(yīng)用，更深入地介紹了機(jī)器視覺飛拍、位置鎖存和高速硬件位置比較輸出等功能在運動控制器中的使用。

　　1 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混合插補(bǔ)，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(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、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，非常適合匹配應(yīng)用于2-8相機(jī)的轉(zhuǎn)盤式視覺篩選設(shè)備上。

　　ZMC430N運動控制器既可以脫機(jī)獨立運行，也可以PC上位機(jī)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，ZMC416BE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)。

圖2 ZMC430N產(chǎn)品圖

　　ZMC430N運動控制器的主要功能包括：

　　l 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;

　　l 板載6+6路脈沖輸出軸接口和6+4路高速編碼器接口;

　　l 支持30軸EtherCAT/RTEX總線運動控制，EtherCAT/RTEX+脈沖軸共16個，可混合使用;

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

　　l 可支持Delta、SCARA、協(xié)作機(jī)器人、雙旋轉(zhuǎn)等30+ 機(jī)械手模型算法;

　　l 特殊固件支持多達(dá)10路精準(zhǔn)輸出、硬件位置比較輸出，可實現(xiàn)機(jī)器視覺飛拍功能和篩選吹氣高速輸出功能;

　　l 支持4路高速鎖存輸入口，記錄轉(zhuǎn)盤篩選位置。

　　2 轉(zhuǎn)盤式視覺篩選設(shè)備原理

　　(1)轉(zhuǎn)盤式視覺篩選設(shè)備的原理

　　玻璃轉(zhuǎn)盤式視覺篩選機(jī)，利用振動盤將各類散件輸送到高透明玻璃轉(zhuǎn)臺，然后通過入口檢測記錄轉(zhuǎn)臺感應(yīng)的工件物料，再通過伺服系統(tǒng)示教的CCD相機(jī)位置，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動到相機(jī)位置時，控制器或PLC觸發(fā)相機(jī)拍照，然后進(jìn)行運算。在出料前，必須完成運算，如果還沒運算完成，則判斷為待定物料，需要重檢。

　　機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)采用CCD工業(yè)相機(jī)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(jìn)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(dá)到2000pcs/min。

圖3 轉(zhuǎn)盤式視覺篩選示意圖

　　(2)運動控制系統(tǒng)

　　基于運動控制器/運動控制卡的轉(zhuǎn)盤式視覺篩選系統(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，在玻璃轉(zhuǎn)盤快速運動的時候，也能通過視覺飛拍功能拍攝物料，進(jìn)行視覺處理，最快檢測速度可以達(dá)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(jī)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，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(jī)進(jìn)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(jìn)行相應(yīng)處理分類。

圖4 運動控制器基于轉(zhuǎn)盤式視覺篩選設(shè)備的硬件方案

　　(3)視覺系統(tǒng)

　　該視覺系統(tǒng)主要由相機(jī)、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(jī)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，以完成不同產(chǎn)品的測量和檢測等視覺功能。

　　3 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(見表1)

　　(2)硬件位置比較輸出——視覺飛拍應(yīng)用

　　在玻璃轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動過程中，物料通過每一個相機(jī)，都要進(jìn)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(jī)位置，轉(zhuǎn)盤停下來，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(yán)重的影響。

圖5 定拍V-T圖

　　使用視覺飛拍技術(shù)，當(dāng)物料轉(zhuǎn)動到相機(jī)拍攝位置時，由運動控制器內(nèi)部觸發(fā)相機(jī)，進(jìn)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。

圖6 飛拍V-T圖

　　(3)系統(tǒng)動作流程

　　l 待檢產(chǎn)品上料

　　根據(jù)物料的類型，選擇相應(yīng)的振動盤將各類散件輸送到高透明玻璃轉(zhuǎn)臺上，其中旋轉(zhuǎn)臺是以某一設(shè)定的速度在恒速旋轉(zhuǎn);

　　l 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;

　　l 相機(jī)觸發(fā)拍照

　　通過高速鎖存口鎖存的位置，計算出各個相機(jī)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(jī)，進(jìn)行視覺飛拍;

　　l 視覺系統(tǒng)處理

　　對拍照的物料圖片進(jìn)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;

　　l 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(jìn)行篩選OK或者NG。

　　4 ZMC430N運動控制器在轉(zhuǎn)盤式視覺篩選設(shè)備應(yīng)用上的主要功能和特點

　　(1)核心功能特點

　　l 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;

　　l 視覺飛拍-硬件位置比較輸出

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

　　l 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)轉(zhuǎn)盤不停頓吹氣篩選分類。

圖7 基于運動控制器的轉(zhuǎn)盤視覺篩選功能實現(xiàn)原理

　　(2)運動控制功能相關(guān)指令

　?、亠w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。

　　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(fù)向，1坐標(biāo)正向，-1不使用方向

　?、谖恢面i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)。

　　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)

圖8 示波器仿真(REGIST鎖存輸入+HW_PSWITCH2硬件位置比較輸出)

　　5 ZMC430N運動控制器在轉(zhuǎn)盤式視覺篩選設(shè)備應(yīng)用上的方案亮點

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

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

　　l 多達(dá)10路高速硬件位置比較輸出口，適合1-8個相機(jī)的轉(zhuǎn)盤式視覺篩選的場合，同樣也適用于流水線視覺篩選的場合;

　　l 可通過PC上位機(jī)(C#/C++/.NET/Python/Qt…)調(diào)用API函數(shù)和下位機(jī)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。