ProU機器控制平臺——實現(xiàn)運動控制和視覺對位功能

FATP應用（Final assembly testing packaging application），即后段的組裝、測試、包裝應用是消費電子行業(yè)制造工藝中的主要流程。隨著行業(yè)對自動化設備效率、柔性的要求越來越高，傳統(tǒng)自動化設備有了越來越多機器視覺的需求，特別是定位、測量等應用，一般需要機器視覺和運動控制進行大量的數(shù)據(jù)交互，對于設備開發(fā)的技術能力要求和資源“門檻”也越來越高。

ProU機器控制平臺的目標是解決這個難題。ProU機器控制平臺是基于PC的軟PLC和視覺引導系統(tǒng)，通過Windows和實時系統(tǒng)的結合，在一臺PC上實現(xiàn)運動控制和視覺對位功能。

圖1 ProU機器控制平臺架構圖

圖2 攝像頭模組FPC組裝應用案例

ProU機器控制平臺應用案例分析

我們通過一個案例——攝像頭模組FPC組裝應用，來說明系統(tǒng)組成和機器程序的開發(fā)方式。該應用的核心工藝如下：

1.攝像頭上料位區(qū)域固定，由1號相機對物料拍照，粗定位，一次識別3個物料；

2.吸爪X、Y方向可移動，其中每個吸嘴有獨立的R軸，兩個吸嘴的間距約20mm，每次取一個物料，取3次；

3.4號相機飛行拍攝，每次拍一個物料，精定位；

4.3號相機拍治具，吸爪將物料分3次放入治具中固定的穴位內(nèi)。

在圖2中，其中2號相機與1號相機功能一致，5號相機與4號相機功能一致。該系統(tǒng)由24軸伺服及步進（其中2軸為直線電機），5個相機組成，控制系統(tǒng)使用了基于ProU機器控制平臺的winPLC控制器。由于該項目的視覺運算量和機器的運行速度要求比較高，我們選擇了基于Inteli5處理器的winPLC。該產(chǎn)品內(nèi)置8個標準以太網(wǎng)口，其中一個網(wǎng)口由實時系統(tǒng)管理作為EtherCAT主站，其他網(wǎng)口用于鏈接工業(yè)相機和客戶工廠的MES系統(tǒng)。系統(tǒng)的基本配置如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的基本配置圖

在ProU機器控制平臺上，所有機器相關的程序在編程軟件ProU軟件上開發(fā)。對于這個案例來說，設備開發(fā)工程師通過梯形圖和C語言來實現(xiàn)邏輯和運動程序，如圖4所示。

圖4 在ProU機器控制平臺上，通過梯形圖和C語言來實現(xiàn)邏輯和運動程序

其中，黑色框體是EtherCAT從站的配置界面；紅色框體是梯形圖編輯界面，編程習慣和日系主流PLC使用習慣完全相同，適合機器邏輯程序開發(fā)；藍色框體內(nèi)是C語言開發(fā)環(huán)境，方便工程師開發(fā)類似數(shù)學計算、循環(huán)、判斷等適合高級語言完成的機器程序。

圖5 人機交互界面在ProU的可視化模塊上完成

現(xiàn)代化設備對于人機交互的要求越來越高。機器的人機交互界面在ProU的可視化模塊上完成（圖5）。開發(fā)方式類似組態(tài)軟件：視覺、運動、報警信息基于同一組人機界面。可視化模塊為開發(fā)者提供了數(shù)百個控件，從簡單的按鈕、指示燈到復雜的電子表格及CAD文件導入。控件通過變量系統(tǒng)與軟PLC中的寄存器建立連接。

圖6 相機配置界面

圖7 圖像處理界面

圖8 標定和對位功能配置界面

機器視覺部分通過ProV模塊來完成，基本的配置、編程流程：相機配置→圖像處理→標定配置→對位設置，以及在這個過程中與軟PLC的交互。ProV可以單獨使用，也可以從ProU編程軟件中打開。

●相機配置（圖6）：用戶在展開的菜單中選擇項目中使用的相機，或者選擇最后一項，標準GigE協(xié)議，以及配置必要的相機參數(shù)。正常連接相機后，可以在主畫面看到相機采集的圖像。

●圖像處理（圖7）：用戶通過拖拽工具箱中的圖像工具和計算工具獲得產(chǎn)品的坐標，并通過變量傳遞給軟PLC。

●標定和對位功能配置（圖8）：標定的目的是將圖像中像素信息與運動控制的當量建立對應關系，ProV已經(jīng)內(nèi)置了標定算法，可以直接使用該功能。標定完成以及獲得產(chǎn)品的坐標之后，通過各軸的運動完成組裝、測試等工藝。各軸的運動參數(shù)計算模塊已經(jīng)內(nèi)置在ProV中，用戶通過選擇對應的機械結構可以獲得對位計算的結果。ProV已經(jīng)內(nèi)置了常見的機械結構，未來會隨著市場需求添加越來越多的機械結構類型。

我們設計了一組視覺用的寄存器VD，作用類似于傳統(tǒng)日系PLC中的D元件和R元件，用于ProV和軟PLC的交互。如控制ProV啟動拍照、標定等或者是將ProV的計算結果——軸運動量傳回軟PLC。

用戶也可以使用ProU平臺的軟PLC與自己開發(fā)視覺軟件或?qū)I(yè)的視覺產(chǎn)品通訊，實現(xiàn)以上的應用。

小結

通過基于PC的軟PLC系統(tǒng)和標準化的視覺模塊，對比傳統(tǒng)的工業(yè)計算機+PLC或運動板卡并需要多種編程語言交互開發(fā)的視覺引導系統(tǒng)，用戶可以在有限的技術資源投入下，通過日系PLC程序開發(fā)和圖形化的配置，在ProU機器控制平臺上實現(xiàn)零學習“門檻”，快速部署軟PLC和視覺對位系統(tǒng)，并大幅度提高系統(tǒng)的可維護性。