在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于生產(chǎn)條件和運(yùn)輸環(huán)境中的不可控因素，很容易產(chǎn)生一些外觀劃痕、壓傷、擦掛、大小不一等缺陷，在對(duì)大批量產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，常規(guī)的人工檢測(cè)不僅速度慢、精度低，還會(huì)因視覺(jué)疲勞導(dǎo)致錯(cuò)檢、漏檢。面對(duì)激烈內(nèi)卷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、外觀、產(chǎn)能等提出了更高的要求，并且在招人難、用工成本高等各種因素驅(qū)動(dòng)之下，人工檢測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器視覺(jué)智能檢測(cè)已是勢(shì)在必行，全自動(dòng)智能化的外觀檢測(cè)和分選應(yīng)用催生了龐大的市場(chǎng)需求。

　　文/深圳市正運(yùn)動(dòng)技術(shù)有限公司

　　全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)，是針對(duì)各種散件的尺寸、外觀等缺陷而研發(fā)的檢測(cè)設(shè)備。采用振動(dòng)盤(pán)上料機(jī)構(gòu)全自動(dòng)輸送物料到玻璃轉(zhuǎn)盤(pán)，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)物料進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)，運(yùn)動(dòng)控制卡完成轉(zhuǎn)盤(pán)的恒速旋轉(zhuǎn)以及物料位置的編碼器反饋、硬件位置比較輸出對(duì)不同位置的CCD相機(jī)和吹氣口裝置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的多面外觀和尺寸檢測(cè)篩選，可以大幅度提高生產(chǎn)效率和節(jié)省用工成本

　　全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)針對(duì)散件檢測(cè)，廣泛應(yīng)用于有攝像頭零部件、鋰電池零部件、磁性材料、電子原件、塑料橡膠制品、螺絲螺母、電子元器件、精密五金件等。

常見(jiàn)檢測(cè)產(chǎn)品

　　1 全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)

　　(1)全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)的原理

　　全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)，通過(guò)振動(dòng)盤(pán)將各類散件輸送到高透明玻璃轉(zhuǎn)臺(tái)，然后通過(guò)入口處光纖傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)感應(yīng)的工件物料，再通過(guò)XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡的高速鎖存輸入口記錄來(lái)料的實(shí)際位置，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到相機(jī)位置時(shí)，XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)高速輸出口觸發(fā)相機(jī)拍照，然后視覺(jué)處理運(yùn)算。

　　機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)采用CCD工業(yè)相機(jī)將被檢測(cè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)，圖像處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，如面積、數(shù)量、位置、長(zhǎng)度等，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、角度、個(gè)數(shù)、合格/不合格、有/無(wú)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別功能。根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際尺寸，其篩選速度，根據(jù)不同產(chǎn)品尺寸和檢測(cè)要求，能達(dá)到200-12000pcs/min的篩選速度。

全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)示意圖

　　(2)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

　　基于運(yùn)動(dòng)控制器/運(yùn)動(dòng)控制卡的的全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)的PLC+觸摸屏方案，更集成化，響應(yīng)更快，效率更高，在玻璃轉(zhuǎn)盤(pán)快速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，也能通過(guò)視覺(jué)飛拍拍攝物料進(jìn)行視覺(jué)處理,在滿足檢測(cè)精度的同時(shí)，提高檢測(cè)和分選的產(chǎn)能。

　　正運(yùn)動(dòng)技術(shù)XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)專有脈沖+編碼器反饋軸接口控制伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)，并實(shí)時(shí)記錄編碼器的反饋位置;高速輸入口接光纖傳感器，感應(yīng)并記錄物料的位置;高速輸出口可接1-12個(gè)相機(jī)進(jìn)行視覺(jué)飛拍，檢測(cè)物料的合格與不合格;同時(shí)高速輸出口可接1-8個(gè)吹氣裝置，及時(shí)對(duì)視覺(jué)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)處理分類。

　　XPCIE1028 在光學(xué)篩選機(jī)上硬件方案1 (8相機(jī)+8排料)

　　XPCIE1028 在光學(xué)篩選機(jī)上硬件方案2 (12相機(jī)+4排料)

　　(3)視覺(jué)系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)主要由相機(jī)、鏡頭、光源、光源控制盒、視覺(jué)處理系統(tǒng)等組成。根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度的快慢不同，對(duì)相機(jī)的拍照響應(yīng)時(shí)間、曝光時(shí)間以及鏡頭光圈、像素和光源等都有一定的要求，完成不同產(chǎn)品的測(cè)量和檢測(cè)等視覺(jué)功能。

　　2 XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡在全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

　　(1) XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡硬件和功能

　　XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡是正運(yùn)動(dòng)技術(shù)推出的針對(duì)全自動(dòng)CCD光學(xué)高速篩選行業(yè)的一款專用運(yùn)動(dòng)控制卡，硬件自帶8路高速輸入和多達(dá)16路高速硬件位置比較輸出，4路脈沖輸出+編碼器反饋，非常匹配應(yīng)用于1-12個(gè)相機(jī)+多個(gè)高速吹氣口的全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)等設(shè)備上使用。

　　XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡可以通過(guò)ZDevelop下的Basic語(yǔ)言或者 PC上位機(jī)調(diào)用API函數(shù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。ZDevelop 低門(mén)檻的IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境，集開(kāi)發(fā)、調(diào)試、診斷于一體，完善的工藝包，滿足了現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中集成化、模塊化、智能化的需求。另外，XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡的通用性，也可以用PC軟件，比如C#、C++、LabVIEW、VB、.NET、Python、Qt等第三方軟件調(diào)用同一套API函數(shù)庫(kù)來(lái)開(kāi)發(fā)。

XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡產(chǎn)品架構(gòu)

　　XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡的功能包括：

　　l 板載28+2點(diǎn)通用輸入，32+2點(diǎn)通用輸出，其中8路高速輸入和16路高速輸出;

　　l 板載4路脈沖輸出，其中一路專用脈沖軸接口(差分脈沖輸出+編碼器反饋);

　　l 多達(dá)16路精準(zhǔn)輸出、硬件位置比較輸出，機(jī)器視覺(jué)飛拍檢測(cè)和篩選吹氣高速輸出，可根據(jù)需求分配;

　　l 支持8路高速鎖存輸入口，可記錄轉(zhuǎn)盤(pán)來(lái)料位置;

　　l 支持電子凸輪、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、連續(xù)軌跡加工等復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。

　　(2)XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡的優(yōu)勢(shì)——效率

　　XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡需要配合正運(yùn)動(dòng)技術(shù)自主自研Windows運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT7使用，相比于傳統(tǒng)的PCI/PCIE運(yùn)動(dòng)控制卡，MotionRT7的快速本地LOCAL接口，API運(yùn)動(dòng)函數(shù)調(diào)用比普通PCI卡快數(shù)十倍，解決Windows的非實(shí)時(shí)性“痛點(diǎn)”，大幅提升效率和產(chǎn)能。

MotionRT7模塊化軟件架構(gòu)

　　MotionRT7實(shí)時(shí)內(nèi)核是將一部分PC的硬件資源直接配置占用，如CPU處理器的部分運(yùn)算核心，一小部分內(nèi)存，部分網(wǎng)口、串口等等，使得MotionRT7實(shí)時(shí)系統(tǒng)和Windows系統(tǒng)共同運(yùn)行在一臺(tái)PC上。在MotionRT7實(shí)時(shí)系統(tǒng)里的功能模塊處理運(yùn)動(dòng)控制或機(jī)器視覺(jué)等自動(dòng)化設(shè)備核心任務(wù)，其他的模塊或用戶自己的功能(如PC界面或者M(jìn)ES等)運(yùn)行在Windows上，利用CPU強(qiáng)大的算力和MotionRT7實(shí)時(shí)內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)核內(nèi)之間高效的數(shù)據(jù)交互，大大提升交互效率和穩(wěn)定性。

　　表1 與傳統(tǒng)PCI/PCIE卡和PLC的測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比

　　可以從測(cè)試對(duì)比結(jié)果看出，MotionRT7在LOCAL鏈接(核內(nèi)交互)的方式下，指令交互的效率是非常穩(wěn)定，當(dāng)測(cè)試數(shù)量從1w增加到10w時(shí)，單條指令交互時(shí)間與多條指令交互時(shí)間波動(dòng)不大，非常適用于全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)等高速高精的應(yīng)用。

　　3 XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡在全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)中的方案實(shí)現(xiàn)

　　(1)方案硬件配置(見(jiàn)表2)

　　(2)硬件位置比較輸出——視覺(jué)飛拍應(yīng)用

　　在玻璃轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，物料通過(guò)每一個(gè)相機(jī)，都要進(jìn)行物料的正反面或者側(cè)面等視覺(jué)測(cè)量與檢測(cè)等，傳統(tǒng)的做法是運(yùn)動(dòng)到每一個(gè)相機(jī)位置，轉(zhuǎn)盤(pán)停下來(lái)，視覺(jué)系統(tǒng)拍照處理。可是拍攝需要時(shí)間，往往造成設(shè)備不需要的停頓動(dòng)作和時(shí)間消耗，對(duì)產(chǎn)能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

定拍V-T圖

　　使用視覺(jué)飛拍技術(shù)，當(dāng)物料轉(zhuǎn)動(dòng)到相機(jī)拍攝位置時(shí)，由運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)部觸發(fā)相機(jī)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)停頓拍照，微秒級(jí)的拍攝速度，數(shù)毫秒間輸出視覺(jué)運(yùn)算結(jié)果OK或者NG，回傳給控制器，確定是OK吹氣口工作還是NG吹氣口工作，實(shí)現(xiàn)篩選的目的。XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡支持16路硬件比較輸出，既保證效率，又確保了精準(zhǔn)度。

飛拍V-T圖

　　(3)系統(tǒng)動(dòng)作流程

　　①待檢產(chǎn)品上料

　　根據(jù)物料的類型，選擇相應(yīng)的振動(dòng)盤(pán)將各類散件輸送到高透明玻璃轉(zhuǎn)臺(tái)上，其中旋轉(zhuǎn)臺(tái)是以某一設(shè)定的速度在恒速旋轉(zhuǎn)。

　?、诟袘?yīng)物料并記錄位置

　　當(dāng)傳感器感應(yīng)到物料，基于FPGA的高速鎖存口記錄物料當(dāng)前位置。

　?、巯鄼C(jī)觸發(fā)拍照

　　通過(guò)高速鎖存口鎖存的位置，計(jì)算出各個(gè)相機(jī)的位置，由運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)部硬件位置比較輸出觸發(fā)相機(jī)，進(jìn)行視覺(jué)飛拍。

　　④視覺(jué)系統(tǒng)處理

　　對(duì)拍照的物料圖片進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)、測(cè)量、識(shí)別等功能，并傳輸OK或者NG信號(hào)給到運(yùn)動(dòng)控制器。

　　⑤吹氣篩選

　　根據(jù)視覺(jué)系統(tǒng)反饋給運(yùn)動(dòng)控制器的結(jié)果，以及通過(guò)感應(yīng)器鎖存的物料的位置計(jì)算出吹氣口的位置，由運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)部硬件位置比較輸出控制吹氣口，進(jìn)行篩選OK或者NG。

　　4 全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能和調(diào)試工具

　　(1)核心功能特點(diǎn)

　?、俑咚冁i存功能

　　通過(guò)高速輸入口，鎖存轉(zhuǎn)盤(pán)上來(lái)料的編碼器實(shí)時(shí)位置。

　　②視覺(jué)飛拍-硬件位置比較輸出

　　根據(jù)鎖存位置，算出相機(jī)觸發(fā)的位置，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)飛拍。

　　③高速吹氣-硬件位置比較輸出

　　根據(jù)鎖存位置，算出吹氣口的位置，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤(pán)不停頓吹氣篩選分類。

　　基于運(yùn)動(dòng)控制器的轉(zhuǎn)盤(pán)視覺(jué)篩選功能實(shí)現(xiàn)原理

　　(2)完整易用的運(yùn)動(dòng)控制篩選調(diào)試全套工具

　　針對(duì)XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡在全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)上的應(yīng)用，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)提供完整的專用篩選機(jī)調(diào)試軟件，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置，搭配相機(jī)和視覺(jué)處理軟件，就可以快速實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)CCD視覺(jué)篩選，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。

　　l 預(yù)留1-12個(gè)相機(jī)輸出口編號(hào)，每個(gè)相機(jī)可以單獨(dú)設(shè)置輸出口、觸發(fā)時(shí)間等參數(shù);

　　l 預(yù)留1-8個(gè)吹氣輸出口編號(hào)，每個(gè)電磁閥可以單獨(dú)設(shè)置輸出口、觸發(fā)時(shí)間等參數(shù);

　　l 來(lái)料物件篩選，最大值最小值設(shè)置;

　　l 電機(jī)參數(shù)設(shè)置，方便客戶根據(jù)不同機(jī)型，自由配置參數(shù);

　　l 物件檢測(cè)存儲(chǔ)上千組觸發(fā)數(shù)據(jù),保證來(lái)料檢測(cè)記錄的效率和準(zhǔn)確度;

　　l 每個(gè)相機(jī)存儲(chǔ)上百組觸發(fā)數(shù)據(jù)，提升視覺(jué)處理的效率和穩(wěn)定性;

　　l 智能數(shù)據(jù)檢測(cè)，合格件、不合格件、物料丟失、物料誤吹等計(jì)數(shù)。

相機(jī)設(shè)置　　

排料設(shè)置

　　5 XPCIE1028運(yùn)動(dòng)控制卡在全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)應(yīng)用上的亮點(diǎn)總結(jié)

　　l 來(lái)料在機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)和測(cè)量過(guò)程中，機(jī)構(gòu)不用停下來(lái)，相比靜態(tài)拍照，減少機(jī)臺(tái)CT，提高效率;

　　l 高速鎖存輸入口配合使用，進(jìn)一步提升設(shè)備的物料分選精準(zhǔn)度和效率;

　　l 多達(dá)16路高速硬件位置比較輸出口，適合1-12個(gè)相機(jī)和多路排氣裝置的全自動(dòng)CCD光學(xué)篩選機(jī)的場(chǎng)合，同樣也適用于其他光學(xué)檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)用;

　　l 可通過(guò)PC上位機(jī)(C#/C++/.NET/Python/Qt…)調(diào)用API函數(shù)和下位機(jī)Basic混合編程，相比于傳統(tǒng)的PLC+觸摸屏方案，集成化更高，性價(jià)比更好，響應(yīng)更快，效率更高;

　　l 配合MotionRT7使用，相比于傳統(tǒng)的PCI/PCIE運(yùn)動(dòng)控制卡，MotionRT7的快速本地LOCAL接口，API運(yùn)動(dòng)函數(shù)調(diào)用比普通PCI卡快數(shù)十倍;

　　l 解決Windows的非實(shí)時(shí)性痛點(diǎn)，大幅提升效率和產(chǎn)能;

　　l 提供整套運(yùn)動(dòng)控制硬件+免費(fèi)調(diào)試工具包，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。