消費升級，產品形態(tài)等多樣化和精細化，對產品的視覺檢測、打磨拋光、點膠等復雜曲面軌跡加工的智能制造需求越來越多，也要求越來越高。在曲面加工的時候，對于軌跡末端，傳統(tǒng)的 XY 運動+R旋轉實現(xiàn)起來效率低、結構復雜、精度不一致，無法滿足當下高速高精的控制需求。本文介紹了基于正運動技術VPLC711視覺運動控制一體機的XYR運動控制+線掃相機的曲面外觀檢測方案，用以解決以上應用“痛點”。

　　文/深圳市正運動技術有限公司

　　XYR(XY+R)聯(lián)動控制是空間軌跡運用場景中的一種，當R軸旋轉運動時，在待加工產品的位置和角度發(fā)生變化的同時， XY運動軸跟隨產品的位置和角度，實時調整XY方向的當前位置，保證XY末端加工點始終與被加工物體的表面位置、姿態(tài)保持一致，實現(xiàn)XYR方向的同步運動，從而完美地解決了曲面產品加工中快速換型和和軌跡精度方面的應用“痛點”。

　　XYR運動控制目前被廣泛應用于手機/平板中框外觀缺陷檢測、中框拋光打磨、曲面點膠、方殼電池外觀檢測、電池頂蓋激光焊接等應用場景中。

手機 

平板 

方殼電池

　　手機、平板電腦、智能手環(huán)、方殼電池等產品在生產制造過程中，外觀會出現(xiàn)劃痕、缺陷、臟污等，尤其是曲面外觀，這極大地影響到產品品質。通過產線工人用人眼進行檢查，產品良率和效率等指標無法保證;通過多個位置平面相機視覺檢測則系統(tǒng)結構復雜，效率低下;3D視覺系統(tǒng)的批量復制成本高。而采用基于VPLC711的XYR運動控制+線掃相機的曲面外觀檢測方案，就可以解決以上“痛點”。

　　1 VPLC711視覺運動控制一體機產品介紹

VPLC711視覺運動控制一體機

　　(1)硬件特性

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

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

　　l 板載20DI,其中4個高速色標鎖存，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)運動控制功能

　　l 點位運動、電子凸輪、直線插補、圓弧插補、連續(xù)軌跡加工、機械手功能;

　　l 板載高速PSO輸出，支持1D/2D/3D的高速位置同步輸出，可支持視覺飛拍、高速點膠、激光加工等應用。

　　(3)機器視覺功能

　　2 XYR運動控制解決方案

　　XYR(XY+R)聯(lián)動運動控制算法，在R軸旋轉過程中，待加工產品的位置和角度發(fā)生變化的同時，XY運動軸跟隨產品的位置和角度，實時調整XY的當前位置，保證XY末端加工點始終與被加工物體的表面位置，姿態(tài)保持一致，實現(xiàn)XYR的同步運動。

常用XYR結構 

加工示意圖

　　在XYR曲面外觀檢測中，XYR軸帶著產品連續(xù)運動，側邊固定一個線掃相機，對邊框進行拍照彩圖，通過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，然后進行視覺外觀缺陷檢測。

　　在整個檢測過程中：

　　(1)相機中心線永遠與產品表面垂直(曲面處始終與切線垂直);

　　(2)相機到被檢測產品的距離保持一致，任何位置L1=L2。

XYR曲面外觀檢測結構 

外觀線掃示意圖

　　3 基于VPLC711的曲面外觀檢測XYR解決方案

　　(1)解決方案及配置

　　l VPLC711機器視覺運動控制一體機;

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

　　l EtherCAT接口：接EtherCAT總線驅動器，控制XYR軸運動;

　　l 16DI：接原點、限位等傳感器，以及開關信號等;

　　l 16D0：高速輸出口接線掃相機的硬觸發(fā)輸入;

　　l HDMI接口：接顯示屏;

　　l USB接口：接鼠標鍵盤等。

基于VPLC711的曲面外觀檢測方案架構圖

　　VPLC711機器視覺運動控制一體機集成視覺和運動于一體，替代傳統(tǒng)的PC工控機+視覺軟件+運動控制方案，硬件接線更方便，成本更低。搭載正運動技術運動控制實時內核MotionRT7，核內交互，指令調用速度快至us級，提升加工和檢測效率。方案硬件配置如表1所示。

　　(2)運動控制的實現(xiàn)

　　①軌跡跟隨控制

　　高精度單旋轉臺XYR聯(lián)動算法，被檢或者被加工產品在旋轉工程中，XY軸跟隨旋轉位置和角度，同步做X和Y方向的位置調整，始終保證線掃相機或者刀具到產品任何位置的角度和距離一致。

　　兩個平移軸XY方向無要求;旋轉臺轉向從上往下看，根據(jù)參數(shù) IfAntiClock 的值確定。

　　IfAntiClock=1 時，與 XY 為逆時針關系(旋轉臺從 X 正轉向 Y 正)。

　　IfAntiClock=0 時，與 XY 為順時針關系(旋轉臺從 Y 正轉向 X 正)。

順時針方向

逆時針方向

　　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,控制線掃相機進行高速等間距采圖,讓視覺拍照與產品的運動軌跡精準同步，保證被檢物體圓弧和拐角處的高質量成像

　　③快速路徑規(guī)劃

　　a.可支持二維CAD導圖，支持DXF/PLT/AI等格式導入

　　CAD導圖軟件方式

　　b.支持長、寬和倒角半徑等尺寸參數(shù)設置輸入

　　參數(shù)設置方式

　　(3)視覺系統(tǒng)的實現(xiàn)

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

　　上面陣相機：實現(xiàn)產品的視覺定位以及旋轉中心點確定。

　　側面線掃相機：與VPLC711視覺運動一體機的高速輸出口和網(wǎng)口連接，采用二維硬件比較輸出PSO的方式對曲面進行圖片采集并成像，然后把產品一周(長、寬和4個曲面角)的圖像展開進行視覺處理。

　　視覺檢測圖形(包含面陣和線掃相機)

　　4 基于VPLC711的曲面外觀檢測XYR解決方案的優(yōu)勢

　　(1)集成視覺和運動于一體，硬件接線更方便，成本更低;

　　(2)運動控制實時內核，核內交互，指令調用速度快至us級，提升加工效率;

　　(3)高精度XYR單旋轉臺聯(lián)動算法，輕松實現(xiàn)XYR聯(lián)動運動控制;

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

　　(5)S曲線加速度/SS曲線加加速度連續(xù)，運動控制更平滑;

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