VPLC516E 機器視覺運動控制一體機在包裝行業視覺檢測應用

      一、 VPLC516E產品功能介紹

　　圖 1 VPLC516E 視覺運動控制一體機

　　1. VPLC516E的機器視覺功能

　　? 支持視覺定位

　　? 支持視覺測量

　　? 支持檢測識別

　　? 支持Blob分析。

　　2. VPLC516E的運動控制功能

　　? 支持16軸EtherCAT總線運動控制，EtherCAT刷新周期 1ms

　　? 支持電子凸輪、直線插補、圓弧插補、連續軌跡加工等復雜的運動控制

　　? 可支持Delta、SCARA、6關節、協作機器人等30+ 機械手模型算法

　　? 支持視覺飛拍功能

　　? 支持精準輸出，實現位置同步輸出PSO

　　? 支持手輪高速編碼器輸入接口。

　　二、 VPLC516E在包裝紙盒掛扣檢測中的視覺檢測方案

　　制造行業自動化進程的加快，導致各種零部件尺寸、大小、瑕疵、外觀缺陷等方面的檢測也越來越嚴格，而傳統的人的肉眼檢測無法滿足高速、高精的檢測要求，因此具備高速、高精、智能化屬性的機器視覺檢測系統被廣泛應用于各種智能制造領域。

　　隨著機器視覺技術日趨成熟，越來越多的智能制造行業考慮如何采用機器視覺來幫助生產線實現定位、檢查、測量和自動識別等功能，以提高生產效率并降低人工成本，從而實現生產效益最大化。

　　在傳統的包裝行業中，機器視覺的應用也越來越多。比如：包裝的OCR和條形碼檢測、天地蓋貼合定位、外包裝的缺陷檢測等。

　　雙插口單邊封包裝紙盒的掛口視覺檢測系統主要由視覺系統、運動控制部分、傳動帶等組成。當傳送帶上的紙盒通過工業相鏡視野覆蓋范圍，傳感器得到信號后，由VPLC516E視覺運動一體機的高速硬件輸出口，觸發相機對掛口區域進行拍照并采集圖像。

　　圖 2 典型掛口式包裝紙盒模型

　　視覺檢測包括以下幾個方面：

　　(1)是否有掛口，無掛口為NG;

　　(2)掛口形狀是否標準，不標準為NG;

　　(3)掛口形狀標準，掛口中心點位置和插頁兩邊沿交點位置的直線距離是否在要求范圍內，超出設置范圍為NG。

　　圖 3 視覺檢測示意圖

　　紙盒掛口檢測的OK或者NG結果信息給到運動控制處理單元，檢測NG的紙盒由氣缸剔除或者不進行后續加工， 檢測OK的紙盒進行封膠、裝盒、折左右耳、插頁、輸出成品等后續工序。

　　正運動技術的VPLC516E視覺運動控制一體機，既可以通過GigE接相機，做視覺定位、形狀匹配、視覺檢測處理，又可以通過底層的30+種機械手的算法控制SCARA機械手高速高柔性的運行，實現運動控制+機械手控制+機器視覺+高清顯示的高集成、高智能的一整套解決方案。

　　三、 系統設計方案

　　1. 系統電氣拓撲圖(見圖4)

　　圖 4 系統電氣拓撲圖

　　VPLC516E視覺運動控制一體機在包裝盒掛扣視覺檢測的硬件配置如表1所示。

　　表 1 硬件明細表

　　2. 系統動作流程

　　①紙盒模切、沖壓成型

　　對原料紙盒進行模切并沖壓成型，生成待檢測和封裝半成品紙盒。

　　② 視覺拍照

　　視覺運動控制一體機的輸出OUT端接相機的IO控制端，待接收到拍照信號時，對紙盒掛口區域進行拍照。

　　③ 模板匹配，視覺定位

　　對獲取到的圖像進行模版匹配、視覺定位，獲取模板匹配的檢測結果OK或者NG，并定位出檢測OK的紙盒掛口中心點位置。

　　④ 直線測量，生成兩直線交點

　　對獲取到的圖像插頁的兩條邊沿檢測，檢測出交點的位置坐標。

　　⑤ 數據計算

　　計算紙盒掛口中心點坐標和底部邊沿交點坐標的兩點直線距離，在設置值范圍內判定為檢測OK，否則為NG。

　　⑥ 紙盒邊封、裝盒、折左右耳、插頁

　　運動控制部分對檢測OK的合格品進行膠粘封側、待裝物料裝盒、紙盒頂部和底部折左右耳，并插頁，生成成品。

　　⑦ 輸出成品

　　對合格的成品輸出進箱。

　　四、主要功能和特點

　　1. 視覺功能的實現

　　①相關Basic指令：圖像抓取、模板匹配、視覺定位、直線測量、直線交點等。

　　表 2 視覺功能 Basic 指令

　　② 相 機 和 鏡 頭 選 擇 130W全局快門相機，8mm鏡頭; 目標距離：100-200mm;

　　視野范圍：115*86mm。

　　圖 5 相機檢測圖

　　③視覺實現效果(見圖6、7)

　　圖 6 檢測合格

　　圖 7 檢測不合格(超范圍)

　　2. 運動控制功能Basic相關指令

　　皮帶上的待檢測紙盒在持續傳送過程中，不停下來、持續地進行視覺檢測，實現視覺飛拍的功能：

　　①皮帶上的物料定位完成后的跟蹤抓取，可以使用專門的皮帶跟蹤抓取指令MOVESYNC;

　　②視覺飛拍可采用硬件精準位置輸出MOVE_OP觸發拍照,誤差1個脈沖;

　　③鎖存視覺飛拍相機觸發的位置，可采用REGIST編碼器鎖存指令。

　　表 3 運動控制功能 Basic 指令

　　3. 簡單易用的機器視覺+運動控制 ZDevelop V3.10 編程

　　同一套開發軟件即可完成運動控制+機器視覺+HMI的編程，運動和視覺均可采用Basic的編程方式，也可以用梯形圖來編寫程序，界面可以用同一套軟件下的HMI功能來實現。

　　在沒有視覺運動控制一體機和工業相機的情況下，亦可采用讀取本地圖片的方式，進行前期的仿真調試，直觀簡單，操作方便。

　　圖 8 編程界面

　　五、方案和產品優勢

　　正運動技術VPLC516E視覺運動控制一體機在包裝盒掛扣視覺檢測上的應用方案優勢：

　　? 將視覺與運動控制結合，客戶不需要另外配置工控機，節約了成本，減小了安裝空間;

　　? 相機直接與控制器相連，簡化了圖片數據傳遞流程，提高了數據傳輸速度;

　　? 使用簡易的指令實現復雜的視覺處理，降低了工程師對視覺開發的難度;

　　? 一套IDE集成環境，即可解決運動控制+機器視覺+HMI顯示，縮短了開發周期;

　　? 支持高速硬件位置比較輸出，高速位置鎖存，可快速實現視覺飛拍功能。