ProU機(jī)器控制平臺(tái)——實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制和視覺對(duì)位功能

FATP應(yīng)用（Final assembly testing packaging application），即后段的組裝、測(cè)試、包裝應(yīng)用是消費(fèi)電子行業(yè)制造工藝中的主要流程。隨著行業(yè)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備效率、柔性的要求越來越高，傳統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備有了越來越多機(jī)器視覺的需求，特別是定位、測(cè)量等應(yīng)用，一般需要機(jī)器視覺和運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交互，對(duì)于設(shè)備開發(fā)的技術(shù)能力要求和資源“門檻”也越來越高。

ProU機(jī)器控制平臺(tái)的目標(biāo)是解決這個(gè)難題。ProU機(jī)器控制平臺(tái)是基于PC的軟PLC和視覺引導(dǎo)系統(tǒng)，通過Windows和實(shí)時(shí)系統(tǒng)的結(jié)合，在一臺(tái)PC上實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制和視覺對(duì)位功能。

圖1 ProU機(jī)器控制平臺(tái)架構(gòu)圖

圖2 攝像頭模組FPC組裝應(yīng)用案例

ProU機(jī)器控制平臺(tái)應(yīng)用案例分析

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

1.攝像頭上料位區(qū)域固定，由1號(hào)相機(jī)對(duì)物料拍照，粗定位，一次識(shí)別3個(gè)物料；

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

3.4號(hào)相機(jī)飛行拍攝，每次拍一個(gè)物料，精定位；

4.3號(hào)相機(jī)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(hào)相機(jī)與1號(hào)相機(jī)功能一致，5號(hào)相機(jī)與4號(hào)相機(jī)功能一致。該系統(tǒng)由24軸伺服及步進(jìn)（其中2軸為直線電機(jī)），5個(gè)相機(jī)組成，控制系統(tǒng)使用了基于ProU機(jī)器控制平臺(tái)的winPLC控制器。由于該項(xiàng)目的視覺運(yùn)算量和機(jī)器的運(yùn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)口，其中一個(gè)網(wǎng)口由實(shí)時(shí)系統(tǒng)管理作為EtherCAT主站，其他網(wǎng)口用于鏈接工業(yè)相機(jī)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(jī)器控制平臺(tái)上，所有機(jī)器相關(guān)的程序在編程軟件ProU軟件上開發(fā)。對(duì)于這個(gè)案例來說，設(shè)備開發(fā)工程師通過梯形圖和C語言來實(shí)現(xiàn)邏輯和運(yùn)動(dòng)程序，如圖4所示。

圖4 在ProU機(jī)器控制平臺(tái)上，通過梯形圖和C語言來實(shí)現(xiàn)邏輯和運(yùn)動(dòng)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(xí)慣和日系主流PLC使用習(xí)慣完全相同，適合機(jī)器邏輯程序開發(fā)；藍(lán)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(xué)計(jì)算、循環(huán)、判斷等適合高級(jí)語言完成的機(jī)器程序。

圖5 人機(jī)交互界面在ProU的可視化模塊上完成

現(xiàn)代化設(shè)備對(duì)于人機(jī)交互的要求越來越高。機(jī)器的人機(jī)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(yùn)動(dòng)、報(bào)警信息基于同一組人機(jī)界面?？梢暬K為開發(fā)者提供了數(shù)百個(gè)控件，從簡(jiǎn)單的按鈕、指示燈到復(fù)雜的電子表格及CAD文件導(dǎo)入?？丶ㄟ^變量系統(tǒng)與軟PLC中的寄存器建立連接。

圖6 相機(jī)配置界面

圖7 圖像處理界面

圖8 標(biāo)定和對(duì)位功能配置界面

機(jī)器視覺部分通過ProV模塊來完成，基本的配置、編程流程：相機(jī)配置→圖像處理→標(biāo)定配置→對(duì)位設(shè)置，以及在這個(gè)過程中與軟PLC的交互。ProV可以單獨(dú)使用，也可以從ProU編程軟件中打開。

●相機(jī)配置（圖6）：用戶在展開的菜單中選擇項(xiàng)目中使用的相機(jī)，或者選擇最后一項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)GigE協(xié)議，以及配置必要的相機(jī)參數(shù)。正常連接相機(jī)后，可以在主畫面看到相機(jī)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(jì)算工具獲得產(chǎn)品的坐標(biāo)，并通過變量傳遞給軟PLC。

●標(biāo)定和對(duì)位功能配置（圖8）：標(biāo)定的目的是將圖像中像素信息與運(yùn)動(dòng)控制的當(dāng)量建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，ProV已經(jīng)內(nèi)置了標(biāo)定算法，可以直接使用該功能。標(biāo)定完成以及獲得產(chǎn)品的坐標(biāo)之后，通過各軸的運(yùn)動(dòng)完成組裝、測(cè)試等工藝。各軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算模塊已經(jīng)內(nèi)置在ProV中，用戶通過選擇對(duì)應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以獲得對(duì)位計(jì)算的結(jié)果。ProV已經(jīng)內(nèi)置了常見的機(jī)械結(jié)構(gòu)，未來會(huì)隨著市場(chǎng)需求添加越來越多的機(jī)械結(jié)構(gòu)類型。

我們?cè)O(shè)計(jì)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(dòng)拍照、標(biāo)定等或者是將ProV的計(jì)算結(jié)果——軸運(yùn)動(dòng)量傳回軟PLC。

用戶也可以使用ProU平臺(tái)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(shí)現(xiàn)以上的應(yīng)用。

小結(jié)

通過基于PC的軟PLC系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)化的視覺模塊，對(duì)比傳統(tǒng)的工業(yè)計(jì)算機(jī)+PLC或運(yùn)動(dòng)板卡并需要多種編程語言交互開發(fā)的視覺引導(dǎo)系統(tǒng)，用戶可以在有限的技術(shù)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(jī)器控制平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)零學(xué)習(xí)“門檻”，快速部署軟PLC和視覺對(duì)位系統(tǒng)，并大幅度提高系統(tǒng)的可維護(hù)性。