VPLC516E 机器视觉运动控制一体机在包装行业视觉检测应用

      一、 VPLC516E产品功能介绍

　　图 1 VPLC516E 视觉运动控制一体机

　　1. VPLC516E的机器视觉功能

　　• 支持视觉定位

　　• 支持视觉测量

　　• 支持检测识别

　　• 支持Blob分析。

　　2. VPLC516E的运动控制功能

　　• 支持16轴EtherCAT总线运动控制，EtherCAT刷新周期 1ms

　　• 支持电子凸轮、直线插补、圆弧插补、连续轨迹加工等复杂的运动控制

　　• 可支持Delta、SCARA、6关节、协作机器人等30+ 机械手模型算法

　　• 支持视觉飞拍功能

　　• 支持精准输出，实现位置同步输出PSO

　　• 支持手轮高速编码器输入接口。

　　二、 VPLC516E在包装纸盒挂扣检测中的视觉检测方案

　　制造行业自动化进程的加快，导致各种零部件尺寸、大小、瑕疵、外观缺陷等方面的检测也越来越严格，而传统的人的肉眼检测无法满足高速、高精的检测要求，因此具备高速、高精、智能化属性的机器视觉检测系统被广泛应用于各种智能制造领域。

　　随着机器视觉技术日趋成熟，越来越多的智能制造行业考虑如何采用机器视觉来帮助生产线实现定位、检查、测量和自动识别等功能，以提高生产效率并降低人工成本，从而实现生产效益最大化。

　　在传统的包装行业中，机器视觉的应用也越来越多。比如：包装的OCR和条形码检测、天地盖贴合定位、外包装的缺陷检测等。

　　双插口单边封包装纸盒的挂口视觉检测系统主要由视觉系统、运动控制部分、传动带等组成。当传送带上的纸盒通过工业相镜视野覆盖范围，传感器得到信号后，由VPLC516E视觉运动一体机的高速硬件输出口，触发相机对挂口区域进行拍照并采集图像。

　　图 2 典型挂口式包装纸盒模型

　　视觉检测包括以下几个方面：

　　(1)是否有挂口，无挂口为NG;

　　(2)挂口形状是否标准，不标准为NG;

　　(3)挂口形状标准，挂口中心点位置和插页两边沿交点位置的直线距离是否在要求范围内，超出设置范围为NG。

　　图 3 视觉检测示意图

　　纸盒挂口检测的OK或者NG结果信息给到运动控制处理单元，检测NG的纸盒由气缸剔除或者不进行后续加工， 检测OK的纸盒进行封胶、装盒、折左右耳、插页、输出成品等后续工序。

　　正运动技术的VPLC516E视觉运动控制一体机，既可以通过GigE接相机，做视觉定位、形状匹配、视觉检测处理，又可以通过底层的30+种机械手的算法控制SCARA机械手高速高柔性的运行，实现运动控制+机械手控制+机器视觉+高清显示的高集成、高智能的一整套解决方案。

　　三、 系统设计方案

　　1. 系统电气拓扑图(见图4)

　　图 4 系统电气拓扑图

　　VPLC516E视觉运动控制一体机在包装盒挂扣视觉检测的硬件配置如表1所示。

　　表 1 硬件明细表

　　2. 系统动作流程

　　①纸盒模切、冲压成型

　　对原料纸盒进行模切并冲压成型，生成待检测和封装半成品纸盒。

　　② 视觉拍照

　　视觉运动控制一体机的输出OUT端接相机的IO控制端，待接收到拍照信号时，对纸盒挂口区域进行拍照。

　　③ 模板匹配，视觉定位

　　对获取到的图像进行模版匹配、视觉定位，获取模板匹配的检测结果OK或者NG，并定位出检测OK的纸盒挂口中心点位置。

　　④ 直线测量，生成两直线交点

　　对获取到的图像插页的两条边沿检测，检测出交点的位置坐标。

　　⑤ 数据计算

　　计算纸盒挂口中心点坐标和底部边沿交点坐标的两点直线距离，在设置值范围内判定为检测OK，否则为NG。

　　⑥ 纸盒边封、装盒、折左右耳、插页

　　运动控制部分对检测OK的合格品进行胶粘封侧、待装物料装盒、纸盒顶部和底部折左右耳，并插页，生成成品。

　　⑦ 输出成品

　　对合格的成品输出进箱。

　　四、主要功能和特点

　　1. 视觉功能的实现

　　①相关Basic指令：图像抓取、模板匹配、视觉定位、直线测量、直线交点等。

　　表 2 视觉功能 Basic 指令

　　② 相 机 和 镜 头 选 择 130W全局快门相机，8mm镜头; 目标距离：100-200mm;

　　视野范围：115*86mm。

　　图 5 相机检测图

　　③视觉实现效果(见图6、7)

　　图 6 检测合格

　　图 7 检测不合格(超范围)

　　2. 运动控制功能Basic相关指令

　　皮带上的待检测纸盒在持续传送过程中，不停下来、持续地进行视觉检测，实现视觉飞拍的功能：

　　①皮带上的物料定位完成后的跟踪抓取，可以使用专门的皮带跟踪抓取指令MOVESYNC;

　　②视觉飞拍可采用硬件精准位置输出MOVE_OP触发拍照,误差1个脉冲;

　　③锁存视觉飞拍相机触发的位置，可采用REGIST编码器锁存指令。

　　表 3 运动控制功能 Basic 指令

　　3. 简单易用的机器视觉+运动控制 ZDevelop V3.10 编程

　　同一套开发软件即可完成运动控制+机器视觉+HMI的编程，运动和视觉均可采用Basic的编程方式，也可以用梯形图来编写程序，界面可以用同一套软件下的HMI功能来实现。

　　在没有视觉运动控制一体机和工业相机的情况下，亦可采用读取本地图片的方式，进行前期的仿真调试，直观简单，操作方便。

　　图 8 编程界面

　　五、方案和产品优势

　　正运动技术VPLC516E视觉运动控制一体机在包装盒挂扣视觉检测上的应用方案优势：

　　• 将视觉与运动控制结合，客户不需要另外配置工控机，节约了成本，减小了安装空间;

　　• 相机直接与控制器相连，简化了图片数据传递流程，提高了数据传输速度;

　　• 使用简易的指令实现复杂的视觉处理，降低了工程师对视觉开发的难度;

　　• 一套IDE集成环境，即可解决运动控制+机器视觉+HMI显示，缩短了开发周期;

　　• 支持高速硬件位置比较输出，高速位置锁存，可快速实现视觉飞拍功能。