摘要 ;  包裝行業(yè)近年來迅速發(fā)展，下游產(chǎn)業(yè)對紙盒天地蓋品質(zhì)和產(chǎn)能的需求不斷增加?？蛻魧Ξa(chǎn)品外包裝有多樣化和 高度定制化的需求，并同時(shí)面臨勞動力成本上升帶來的壓力。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，紙盒天地蓋生產(chǎn)商通過部署自 動化控制解決方案來降低生產(chǎn)成本，簡化流程，加速生產(chǎn)，提高效率，滿足客戶多樣化的設(shè)計(jì)生產(chǎn)需求，保持 市場競爭力和企業(yè)持續(xù)盈利能力。

文/深圳市正運(yùn)動技術(shù)有限公司

1 市場應(yīng)用背景
紙盒天地蓋是一種常見的包裝形式，它是一種由更耐用、 更厚的紙板或紙板材料制成的包裝硬盒，經(jīng)過預(yù)組裝，因此結(jié) 構(gòu)堅(jiān)固、穩(wěn)定，不易折疊或凹陷，通常用于高端包裝領(lǐng)域，如 消費(fèi)電子、食品禮盒、奢侈品、化妝品等產(chǎn)品硬盒包裝。
包裝行業(yè)近年來迅速發(fā)展，下游產(chǎn)業(yè)對紙盒天地蓋品質(zhì) 和產(chǎn)能的需求不斷增加?？蛻魧Ξa(chǎn)品外包裝有多樣化和高度 定制化的需求，并同時(shí)面臨勞動力成本上升帶來的壓力。

                                                                               多類紙盒天地蓋示意圖

為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，紙盒天地蓋生產(chǎn)商通過部署自動化控 制解決方案來降低生產(chǎn)成本，簡化流程，加速生產(chǎn)，提高效 率，滿足客戶多樣化的設(shè)計(jì)生產(chǎn)需求，保持市場競爭力和企 業(yè)持續(xù)盈利能力。
紙盒天地蓋成型的制作工序主要包括上料、折邊、上 膠、定位貼合和盒體成型等。其中，“天地蓋定位貼合”最 考驗(yàn)精度與速度，是關(guān)鍵的一步，對最終產(chǎn)出的產(chǎn)品外觀一 致性和成型的品質(zhì)起決定性作用。

2  市面上常見的紙盒天地蓋貼合方案

早期傳統(tǒng)的紙盒天地蓋組裝作業(yè)模式，主要依賴人工進(jìn) 行加工，工人操作強(qiáng)度大，工序繁瑣，生產(chǎn)效率低，一致性 和穩(wěn)定性難以保證。
隨著市場對產(chǎn)能要求的提高，市面上普遍使用全自動紙 盒天地蓋成型設(shè)備。通常采用“機(jī)械手本體 + 機(jī)械手電柜 + 機(jī)器視覺”的組合方案，實(shí)現(xiàn)自動定位貼合操作。
受限于傳統(tǒng)多組件集成方式，往往會面臨以下問題： · 配件多、接線繁瑣、故障排查麻煩、開發(fā)周期長； · 視覺與運(yùn)動控制之間的數(shù)據(jù)交互效率不高；
· 軟硬集成度不高，功能整合度低； · 多套硬件初始成本和維護(hù)成本高。

                                                                           傳統(tǒng)方案機(jī)械手組合

3  正運(yùn)動技術(shù)解決方案

正運(yùn)動技術(shù)根據(jù)市場需求，開發(fā)了基于VPLC系列視覺運(yùn) 動控制一體機(jī)和RTFuse開放式視覺運(yùn)動控制解決方案所拓展 的視覺SCARA天地蓋貼合解決方案，實(shí)現(xiàn)即插即用一站式解 決方案，貼合精度可達(dá)±0.15mm。
在可簡化SCARA天地蓋貼合的“視覺+運(yùn)動控制+SCARA 機(jī)械手控制”項(xiàng)目實(shí)施過程中，可同時(shí)有效提升生產(chǎn)效率和良 率，靈活應(yīng)對多樣化、定制化的包裝需求，并降低對人工的 依賴

正運(yùn)動技術(shù)解決方案         

     
·支持單物料定位與雙物料定位，多種天地蓋貼合的模式；
· 易學(xué)，易懂，易操作，專機(jī)專用細(xì)分行業(yè)視覺運(yùn)動控 制解決方案；
· 支持靜態(tài)視覺定位與動態(tài)視覺跟隨定位貼合，貼合速 度更快、精度更高；
· 一鍵式視覺標(biāo)定，即可快速進(jìn)行等待位、取料位、貼 合位等，簡易示教式操作；
· 軟硬件集成度高，VPLC7系列控制器集成SCARA機(jī)械 手控制、機(jī)器視覺、工控機(jī)、輸入輸出控制與編碼器軸控制 于一體，替代傳統(tǒng)的機(jī)械人“電柜箱+工控機(jī)+PLC”等，可降 低軟硬件初始采購和維護(hù)成本，提高數(shù)據(jù)交互速率。

4   VPLC7系列機(jī)器視覺運(yùn)動控制一體機(jī)介紹
VPLC7系列是基于x86架構(gòu)的EtherCAT總線視覺運(yùn)動控 制器，跨平臺部署，支持脫機(jī)運(yùn)行，內(nèi)置豐富的視覺和運(yùn)動 控制功能，大幅簡化配置流程，核內(nèi)數(shù)據(jù)交互速度快，顯著 降低時(shí)間和成本投入，提高項(xiàng)目實(shí)施效率。
該控制一體機(jī)的安裝與拆卸過程便捷，占地空間小，能 與其他控制單元部件（如伺服驅(qū)動器、傳感器、編碼器、控 制閥等）和MES系統(tǒng)無縫集成，提供一體化開放式IPC形態(tài)的 實(shí)時(shí)軟控制器/軟PLC集成的機(jī)器視覺+運(yùn)動控制解決方案。

VPLC7 系列機(jī)器視覺運(yùn)動控制一體機(jī)

· 可選6-64軸運(yùn)動控制（脈沖+EtherCAT總線）， EtherCAT周期最快可達(dá)125us；
· 搭載強(qiáng)實(shí)時(shí)運(yùn)動控制內(nèi)核MotionRT750，內(nèi)核交互， 指令調(diào)用快至us級，支持第三方視覺軟件；
· 支持EtherCAT冗余功能，解決單點(diǎn)故障停機(jī)，自動診 斷并持續(xù)運(yùn)行，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，簡化維護(hù)工作；
· 多核并行運(yùn)算，能夠高效處理運(yùn)動控制、機(jī)器視覺等 自動化設(shè)備核心任務(wù)；
· 板載20路通用輸入（其中10路為高速輸入），20路高 速輸出；
· 支持多種通訊接口，方便客戶集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。

5 機(jī)器視覺運(yùn)動控制一體機(jī)在視覺SCARA天 地蓋貼合的解決方案
（1）正運(yùn)動視覺SCARA天地蓋貼合解決方案設(shè)計(jì)

                                                         正運(yùn)動視覺 SCARA 天地蓋貼合方案拓樸圖

· 20DI：來料傳感器、相機(jī)拍照信號、負(fù)壓表、拍盒傳 感器等；
· 20DO：吸氣、吹氣、鏟刀、壓盒、夾盒、三色燈蜂鳴 器等；
· EtherCAT接口：接EtherCAT總線驅(qū)動器，控制SCRAR 機(jī)械手等其它控制軸；
· 4路單端脈沖輸出、2路本地差分脈沖軸：接步進(jìn)/脈沖 驅(qū)動器；
· RS232通訊接口：第三方產(chǎn)品通訊；
· EtherNET接口：千兆網(wǎng)口，接Gige面陣相機(jī)，實(shí)現(xiàn)視 覺定位貼合應(yīng)用。

（2）機(jī)器視覺與運(yùn)動控制實(shí)現(xiàn)過程
①機(jī)器視覺

                                                                             系統(tǒng)設(shè)置界面圖

經(jīng)過上膠的面紙隨著傳送帶輸送至相機(jī)下方，觸發(fā)相機(jī) 拍照，進(jìn)行視覺拍照定位，獲取面紙位置坐標(biāo)和角度信息， 并在坐標(biāo)系數(shù)校準(zhǔn)完成后，向SCARA機(jī)械手輸出面紙的實(shí)際 坐標(biāo)信息。隨后，機(jī)械手從固定的紙盒上料位抓取紙盒，并 引導(dǎo)機(jī)械手執(zhí)行高精度的紙盒天地蓋定位貼合作業(yè)。
②運(yùn)動控制
上膠后的面紙經(jīng)傳送帶輸送至指定天地蓋定位貼合工位 時(shí)，控制器通過IO信號觸發(fā)相機(jī)進(jìn)行拍攝，相機(jī)完成面紙的 拍攝和處理后，SCARA機(jī)械手根據(jù)視覺坐標(biāo)數(shù)據(jù)，沿預(yù)設(shè)加 工軌跡移動。
在整個(gè)過程中，控制器對SCARA機(jī)械手各關(guān)節(jié)軸進(jìn)行實(shí) 時(shí)位置、速度、加速度、吸力等參數(shù)的同步控制，防止抓取 過程中產(chǎn)生滑移或偏移，并實(shí)現(xiàn)更平滑的運(yùn)動軌跡，完成高 精度貼合動作。
（3）視覺SCARA天地蓋貼合工藝流程

（4）解決方案硬件配置

6 機(jī)器視覺運(yùn)動控制一體機(jī)在視覺SCARA天 地蓋貼合應(yīng)用的優(yōu)勢

· 成本效益與空間優(yōu)化：高度集成機(jī)械手、運(yùn)動控制、 機(jī)器視覺、IO控制等，無需額外配置工控機(jī)，節(jié)約成本并減 少安裝空間，縮短項(xiàng)目周期與提高技術(shù)難度處理速度；
· 高精度貼合：配合高精度視覺采集系統(tǒng)，貼合精度可 達(dá)±0.15mm，避免因人工操作導(dǎo)致的貼合偏差或返工，提高 效率和良品率；
· 自動化程度高，降低用人成本：人機(jī)交互界面簡單易 用，拖拽式編程和可視化設(shè)置降低培訓(xùn)難度，減少對操作人 員的依賴；
· 柔性生產(chǎn)，快速換線：可覆蓋不同紙盒或面紙尺寸規(guī) 格的貼合作業(yè)，滿足多樣化、定制化生產(chǎn)，當(dāng)工藝要求變化 時(shí)，僅需調(diào)整參數(shù)程序，無需更換硬件等；
· 統(tǒng)一開放的API函數(shù)接口：用戶自行開發(fā)更靈活、更 高效。