消費(fèi)升級(jí)，產(chǎn)品形態(tài)等多樣化和精細(xì)化，對(duì)產(chǎn)品的視覺(jué)檢測(cè)、打磨拋光、點(diǎn)膠等復(fù)雜曲面軌跡加工的智能制造需求越來(lái)越多，也要求越來(lái)越高。在曲面加工的時(shí)候，對(duì)于軌跡末端，傳統(tǒng)的 XY 運(yùn)動(dòng)+R旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)起來(lái)效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度不一致，無(wú)法滿足當(dāng)下高速高精的控制需求。本文介紹了基于正運(yùn)動(dòng)技術(shù)VPLC711視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)的XYR運(yùn)動(dòng)控制+線掃相機(jī)的曲面外觀檢測(cè)方案，用以解決以上應(yīng)用“痛點(diǎn)”。

　　文/深圳市正運(yùn)動(dòng)技術(shù)有限公司

　　XYR(XY+R)聯(lián)動(dòng)控制是空間軌跡運(yùn)用場(chǎng)景中的一種，當(dāng)R軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在待加工產(chǎn)品的位置和角度發(fā)生變化的同時(shí)， XY運(yùn)動(dòng)軸跟隨產(chǎn)品的位置和角度，實(shí)時(shí)調(diào)整XY方向的當(dāng)前位置，保證XY末端加工點(diǎn)始終與被加工物體的表面位置、姿態(tài)保持一致，實(shí)現(xiàn)XYR方向的同步運(yùn)動(dòng)，從而完美地解決了曲面產(chǎn)品加工中快速換型和和軌跡精度方面的應(yīng)用“痛點(diǎn)”。

　　XYR運(yùn)動(dòng)控制目前被廣泛應(yīng)用于手機(jī)/平板中框外觀缺陷檢測(cè)、中框拋光打磨、曲面點(diǎn)膠、方殼電池外觀檢測(cè)、電池頂蓋激光焊接等應(yīng)用場(chǎng)景中。

手機(jī) 

平板 

方殼電池

　　手機(jī)、平板電腦、智能手環(huán)、方殼電池等產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過(guò)程中，外觀會(huì)出現(xiàn)劃痕、缺陷、臟污等，尤其是曲面外觀，這極大地影響到產(chǎn)品品質(zhì)。通過(guò)產(chǎn)線工人用人眼進(jìn)行檢查，產(chǎn)品良率和效率等指標(biāo)無(wú)法保證;通過(guò)多個(gè)位置平面相機(jī)視覺(jué)檢測(cè)則系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低下;3D視覺(jué)系統(tǒng)的批量復(fù)制成本高。而采用基于VPLC711的XYR運(yùn)動(dòng)控制+線掃相機(jī)的曲面外觀檢測(cè)方案，就可以解決以上“痛點(diǎn)”。

　　1 VPLC711視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)產(chǎn)品介紹

VPLC711視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)

　　(1)硬件特性

　　l 采用x86高性 能CPU, EtherCAT同步周期可達(dá)250us;

　　l 板載RS232, RS485, EtherNet*5, EtherCAT， USB3.0*4硬件接口;

　　l 板載20DI,其中4個(gè)高速色標(biāo)鎖存，2組高速單端編碼器;

　　l 支持DVI-D, HDMI顯示，支持多網(wǎng)口不同IP設(shè)置;

　　l 板載20D0， 其中4組高速PWM，支持1D/ 2D/ 3D的高速位置同步輸出。

　　(2)運(yùn)動(dòng)控制功能

　　l 點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、電子凸輪、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、連續(xù)軌跡加工、機(jī)械手功能;

　　l 板載高速PSO輸出，支持1D/2D/3D的高速位置同步輸出，可支持視覺(jué)飛拍、高速點(diǎn)膠、激光加工等應(yīng)用。

　　(3)機(jī)器視覺(jué)功能

　　2 XYR運(yùn)動(dòng)控制解決方案

　　XYR(XY+R)聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制算法，在R軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，待加工產(chǎn)品的位置和角度發(fā)生變化的同時(shí)，XY運(yùn)動(dòng)軸跟隨產(chǎn)品的位置和角度，實(shí)時(shí)調(diào)整XY的當(dāng)前位置，保證XY末端加工點(diǎn)始終與被加工物體的表面位置，姿態(tài)保持一致，實(shí)現(xiàn)XYR的同步運(yùn)動(dòng)。

常用XYR結(jié)構(gòu) 

加工示意圖

　　在XYR曲面外觀檢測(cè)中，XYR軸帶著產(chǎn)品連續(xù)運(yùn)動(dòng)，側(cè)邊固定一個(gè)線掃相機(jī)，對(duì)邊框進(jìn)行拍照彩圖，通過(guò)二維硬件位置比較輸出PSO，保持曲面處等等間距采圖，最終生成一張清晰的表面圖，然后進(jìn)行視覺(jué)外觀缺陷檢測(cè)。

　　在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中：

　　(1)相機(jī)中心線永遠(yuǎn)與產(chǎn)品表面垂直(曲面處始終與切線垂直);

　　(2)相機(jī)到被檢測(cè)產(chǎn)品的距離保持一致，任何位置L1=L2。

XYR曲面外觀檢測(cè)結(jié)構(gòu) 

外觀線掃示意圖

　　3 基于VPLC711的曲面外觀檢測(cè)XYR解決方案

　　(1)解決方案及配置

　　l VPLC711機(jī)器視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī);

　　l EtherNET接口：千兆網(wǎng)口，接支持Gige協(xié)議的面陣相機(jī)和線掃相機(jī)，做視覺(jué)應(yīng);

　　l EtherCAT接口：接EtherCAT總線驅(qū)動(dòng)器，控制XYR軸運(yùn)動(dòng);

　　l 16DI：接原點(diǎn)、限位等傳感器，以及開關(guān)信號(hào)等;

　　l 16D0：高速輸出口接線掃相機(jī)的硬觸發(fā)輸入;

　　l HDMI接口：接顯示屏;

　　l USB接口：接鼠標(biāo)鍵盤等。

基于VPLC711的曲面外觀檢測(cè)方案架構(gòu)圖

　　VPLC711機(jī)器視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)集成視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)于一體，替代傳統(tǒng)的PC工控機(jī)+視覺(jué)軟件+運(yùn)動(dòng)控制方案，硬件接線更方便，成本更低。搭載正運(yùn)動(dòng)技術(shù)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT7，核內(nèi)交互，指令調(diào)用速度快至us級(jí)，提升加工和檢測(cè)效率。方案硬件配置如表1所示。

　　(2)運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)

　?、佘壽E跟隨控制

　　高精度單旋轉(zhuǎn)臺(tái)XYR聯(lián)動(dòng)算法，被檢或者被加工產(chǎn)品在旋轉(zhuǎn)工程中，XY軸跟隨旋轉(zhuǎn)位置和角度，同步做X和Y方向的位置調(diào)整，始終保證線掃相機(jī)或者刀具到產(chǎn)品任何位置的角度和距離一致。

　　兩個(gè)平移軸XY方向無(wú)要求;旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)向從上往下看，根據(jù)參數(shù) IfAntiClock 的值確定。

　　IfAntiClock=1 時(shí)，與 XY 為逆時(shí)針關(guān)系(旋轉(zhuǎn)臺(tái)從 X 正轉(zhuǎn)向 Y 正)。

　　IfAntiClock=0 時(shí)，與 XY 為順時(shí)針關(guān)系(旋轉(zhuǎn)臺(tái)從 Y 正轉(zhuǎn)向 X 正)。

順時(shí)針?lè)较?/p>

逆時(shí)針?lè)较?/p>

　　軸定義：

　　TBALE(tablenum,CENTERX,CENTERY,pulseRonecircle,IfAntiClock)

　?、谟布恢帽容^輸出PSO

　　二維硬件位置比較輸出PSO,控制線掃相機(jī)進(jìn)行高速等間距采圖,讓視覺(jué)拍照與產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)軌跡精準(zhǔn)同步，保證被檢物體圓弧和拐角處的高質(zhì)量成像

　?、劭焖俾窂揭?guī)劃

　　a.可支持二維CAD導(dǎo)圖，支持DXF/PLT/AI等格式導(dǎo)入

　　CAD導(dǎo)圖軟件方式

　　b.支持長(zhǎng)、寬和倒角半徑等尺寸參數(shù)設(shè)置輸入

　　參數(shù)設(shè)置方式

　　(3)視覺(jué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)主要由相機(jī)、鏡頭、光源、光源控制盒、視覺(jué)處理系統(tǒng)等組成。

　　上面陣相機(jī)：實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的視覺(jué)定位以及旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)確定。

　　側(cè)面線掃相機(jī)：與VPLC711視覺(jué)運(yùn)動(dòng)一體機(jī)的高速輸出口和網(wǎng)口連接，采用二維硬件比較輸出PSO的方式對(duì)曲面進(jìn)行圖片采集并成像，然后把產(chǎn)品一周(長(zhǎng)、寬和4個(gè)曲面角)的圖像展開進(jìn)行視覺(jué)處理。

　　視覺(jué)檢測(cè)圖形(包含面陣和線掃相機(jī))

　　4 基于VPLC711的曲面外觀檢測(cè)XYR解決方案的優(yōu)勢(shì)

　　(1)集成視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)于一體，硬件接線更方便，成本更低;

　　(2)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核，核內(nèi)交互，指令調(diào)用速度快至us級(jí)，提升加工效率;

　　(3)高精度XYR單旋轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)動(dòng)算法，輕松實(shí)現(xiàn)XYR聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制;

　　(4)硬件位置比較輸出PSO，高速等間距觸發(fā)采集圖像，曲面場(chǎng)合同樣適用;

　　(5)S曲線加速度/SS曲線加加速度連續(xù)，運(yùn)動(dòng)控制更平滑;

　　(6)統(tǒng)一的API函數(shù)接口，適用各種PC上位機(jī)語(yǔ)言開發(fā)。