在工業(yè)生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)條件和運(yùn)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，在對大批量產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測時(shí)，常規(guī)的人工檢測不僅速度慢、精度低，還會因視覺疲勞導(dǎo)致錯檢、漏檢。面對激烈內(nèi)卷的市場競爭，企業(yè)對產(chǎn)品的質(zhì)量、外觀、產(chǎn)能等提出了更高的要求，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)變?yōu)闄C(jī)器視覺智能檢測已是勢在必行，全自動智能化的外觀檢測和分選應(yīng)用催生了龐大的市場需求。

　　文/深圳市正運(yùn)動技術(shù)有限公司

　　全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)，是針對各種散件的尺寸、外觀等缺陷而研發(fā)的檢測設(shè)備。采用振動盤上料機(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(yùn)動控制卡完成轉(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(shí)現(xiàn)全自動的多面外觀和尺寸檢測篩選，可以大幅度提高生產(chǎn)效率和節(jié)省用工成本

　　全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)針對散件檢測，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。

常見檢測產(chǎn)品

　　1 全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)

　　(1)全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)的原理

　　全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)，通過振動盤將各類散件輸送到高透明玻璃轉(zhuǎn)臺，然后通過入口處光纖傳感器檢測轉(zhuǎn)臺感應(yīng)的工件物料，再通過XPCIE1028運(yùn)動控制卡的高速鎖存輸入口記錄來料的實(shí)際位置，當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動到相機(jī)位置時(shí)，XPCIE1028運(yùn)動控制卡通過高速輸出口觸發(fā)相機(jī)拍照，然后視覺處理運(yùn)算。

　　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(yùn)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(shí)現(xiàn)自動識別功能。根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際尺寸，其篩選速度，根據(jù)不同產(chǎn)品尺寸和檢測要求，能達(dá)到200-12000pcs/min的篩選速度。

全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)示意圖

　　(2)運(yùn)動控制系統(tǒng)

　　基于運(yùn)動控制器/運(yùn)動控制卡的的全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)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(yùn)動的時(shí)候，也能通過視覺飛拍拍攝物料進(jìn)行視覺處理,在滿足檢測精度的同時(shí)，提高檢測和分選的產(chǎn)能。

　　正運(yùn)動技術(shù)XPCIE1028運(yùn)動控制卡通過專有脈沖+編碼器反饋軸接口控制伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，并實(shí)時(shí)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;高速輸出口可接1-12個相機(jī)進(jìn)行視覺飛拍，檢測物料的合格與不合格;同時(shí)高速輸出口可接1-8個吹氣裝置，及時(shí)對視覺檢測的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)處理分類。

　　XPCIE1028 在光學(xué)篩選機(jī)上硬件方案1 (8相機(jī)+8排料)

　　XPCIE1028 在光學(xué)篩選機(jī)上硬件方案2 (12相機(jī)+4排料)

　　(3)視覺系統(tǒng)

　　該系統(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(yùn)動速度的快慢不同，對相機(jī)的拍照響應(yīng)時(shí)間、曝光時(shí)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。

　　2 XPCIE1028運(yùn)動控制卡在全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)應(yīng)用中的優(yōu)勢

　　(1) XPCIE1028運(yùn)動控制卡硬件和功能

　　XPCIE1028運(yùn)動控制卡是正運(yùn)動技術(shù)推出的針對全自動CCD光學(xué)高速篩選行業(yè)的一款專用運(yùn)動控制卡，硬件自帶8路高速輸入和多達(dá)16路高速硬件位置比較輸出，4路脈沖輸出+編碼器反饋，非常匹配應(yīng)用于1-12個相機(jī)+多個高速吹氣口的全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)等設(shè)備上使用。

　　XPCIE1028運(yùn)動控制卡可以通過ZDevelop下的Basic語言或者 PC上位機(jī)調(diào)用API函數(shù)庫來實(shí)現(xiàn)運(yùn)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，XPCIE1028運(yùn)動控制卡的通用性，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)。

XPCIE1028運(yùn)動控制卡產(chǎn)品架構(gòu)

　　XPCIE1028運(yùn)動控制卡的功能包括：

　　l 板載28+2點(diǎn)通用輸入，32+2點(diǎn)通用輸出，其中8路高速輸入和16路高速輸出;

　　l 板載4路脈沖輸出，其中一路專用脈沖軸接口(差分脈沖輸出+編碼器反饋);

　　l 多達(dá)16路精準(zhǔn)輸出、硬件位置比較輸出，機(jī)器視覺飛拍檢測和篩選吹氣高速輸出，可根據(jù)需求分配;

　　l 支持8路高速鎖存輸入口，可記錄轉(zhuǎn)盤來料位置;

　　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(yùn)動控制。

　　(2)XPCIE1028運(yùn)動控制卡的優(yōu)勢——效率

　　XPCIE1028運(yùn)動控制卡需要配合正運(yùn)動技術(shù)自主自研Windows運(yùn)動控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT7使用，相比于傳統(tǒng)的PCI/PCIE運(yùn)動控制卡，MotionRT7的快速本地LOCAL接口，API運(yùn)動函數(shù)調(diào)用比普通PCI卡快數(shù)十倍，解決Windows的非實(shí)時(shí)性“痛點(diǎn)”，大幅提升效率和產(chǎn)能。

MotionRT7模塊化軟件架構(gòu)

　　MotionRT7實(shí)時(shí)內(nèi)核是將一部分PC的硬件資源直接配置占用，如CPU處理器的部分運(yùn)算核心，一小部分內(nèi)存，部分網(wǎng)口、串口等等，使得MotionRT7實(shí)時(shí)系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)共同運(yùn)行在一臺PC上。在MotionRT7實(shí)時(shí)系統(tǒng)里的功能模塊處理運(yùn)動控制或機(jī)器視覺等自動化設(shè)備核心任務(wù)，其他的模塊或用戶自己的功能(如PC界面或者M(jìn)ES等)運(yùn)行在Windows上，利用CPU強(qiáng)大的算力和MotionRT7實(shí)時(shí)內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)核內(nèi)之間高效的數(shù)據(jù)交互，大大提升交互效率和穩(wěn)定性。

　　表1 與傳統(tǒng)PCI/PCIE卡和PLC的測試數(shù)據(jù)結(jié)果對比

　　可以從測試對比結(jié)果看出，MotionRT7在LOCAL鏈接(核內(nèi)交互)的方式下，指令交互的效率是非常穩(wěn)定，當(dāng)測試數(shù)量從1w增加到10w時(shí)，單條指令交互時(shí)間與多條指令交互時(shí)間波動不大，非常適用于全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)等高速高精的應(yīng)用。

　　3 XPCIE1028運(yùn)動控制卡在全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)中的方案實(shí)現(xiàn)

　　(1)方案硬件配置(見表2)

　　(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(yùn)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(shí)間，往往造成設(shè)備不需要的停頓動作和時(shí)間消耗，對產(chǎn)能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

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(shí)，由運(yùn)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(yùn)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(shí)現(xiàn)篩選的目的。XPCIE1028運(yùn)動控制卡支持16路硬件比較輸出，既保證效率，又確保了精準(zhǔn)度。

飛拍V-T圖

　　(3)系統(tǒng)動作流程

　?、俅龣z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)。

　?、诟袘?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。

　?、巯鄼C(jī)觸發(fā)拍照

　　通過高速鎖存口鎖存的位置，計(jì)算出各個相機(jī)的位置，由運(yùn)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。

　?、芤曈X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(yùn)動控制器。

　　⑤吹氣篩選

　　根據(jù)視覺系統(tǒng)反饋給運(yùn)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(jì)算出吹氣口的位置，由運(yùn)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 全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)的運(yùn)動控制功能和調(diào)試工具

　　(1)核心功能特點(diǎn)

　?、俑咚冁i存功能

　　通過高速輸入口，鎖存轉(zhuǎn)盤上來料的編碼器實(shí)時(shí)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(jī)觸發(fā)的位置，實(shí)現(xiàn)視覺飛拍。

　?、鄹咚俅禋?硬件位置比較輸出

　　根據(jù)鎖存位置，算出吹氣口的位置，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤不停頓吹氣篩選分類。

　　基于運(yùn)動控制器的轉(zhuǎn)盤視覺篩選功能實(shí)現(xiàn)原理

　　(2)完整易用的運(yùn)動控制篩選調(diào)試全套工具

　　針對XPCIE1028運(yùn)動控制卡在全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)上的應(yīng)用，正運(yùn)動技術(shù)提供完整的專用篩選機(jī)調(diào)試軟件，只需要進(jìn)行簡單的參數(shù)設(shè)置，搭配相機(jī)和視覺處理軟件，就可以快速實(shí)現(xiàn)全自動CCD視覺篩選，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。

　　l 預(yù)留1-12個相機(jī)輸出口編號，每個相機(jī)可以單獨(dú)設(shè)置輸出口、觸發(fā)時(shí)間等參數(shù);

　　l 預(yù)留1-8個吹氣輸出口編號，每個電磁閥可以單獨(dú)設(shè)置輸出口、觸發(fā)時(shí)間等參數(shù);

　　l 來料物件篩選，最大值最小值設(shè)置;

　　l 電機(jī)參數(shù)設(shè)置，方便客戶根據(jù)不同機(jī)型，自由配置參數(shù);

　　l 物件檢測存儲上千組觸發(fā)數(shù)據(jù),保證來料檢測記錄的效率和準(zhǔn)確度;

　　l 每個相機(jī)存儲上百組觸發(fā)數(shù)據(jù)，提升視覺處理的效率和穩(wěn)定性;

　　l 智能數(shù)據(jù)檢測，合格件、不合格件、物料丟失、物料誤吹等計(jì)數(shù)。

相機(jī)設(shè)置　　

排料設(shè)置

　　5 XPCIE1028運(yùn)動控制卡在全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)應(yīng)用上的亮點(diǎn)總結(jié)

　　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)16路高速硬件位置比較輸出口，適合1-12個相機(jī)和多路排氣裝置的全自動CCD光學(xué)篩選機(jī)的場合，同樣也適用于其他光學(xué)檢測設(shè)備的應(yīng)用;

　　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(jià)比更好，響應(yīng)更快，效率更高;

　　l 配合MotionRT7使用，相比于傳統(tǒng)的PCI/PCIE運(yùn)動控制卡，MotionRT7的快速本地LOCAL接口，API運(yùn)動函數(shù)調(diào)用比普通PCI卡快數(shù)十倍;

　　l 解決Windows的非實(shí)時(shí)性痛點(diǎn)，大幅提升效率和產(chǎn)能;

　　l 提供整套運(yùn)動控制硬件+免費(fèi)調(diào)試工具包，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。