VPLC516E 视觉运动控制一体机 之在线式视觉随动同步点胶应用

文:深圳市正运动技术有限公司2021年第四期

  VPLC516E 系列是正运动技术推出的国内首款机器视觉 + 运动控制一体机,集成了机器视觉和复杂的运动控制等功能,全方位替换“PC+Windows+ 机器视觉 + 运动控制卡”的传统方案。另外,ZDevelop 低门槛的 IDE 开发环境,完善的开发工艺包,满足了现代工业应用中集成化、模块化、智能化的需求。本文通过 VPLC516E 视觉运动一体机在流水线视觉随动同步点胶方案,来更深入了解此产品的功能及其应用。

  一、VPLC516E 产品功能介绍

运动控制

  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、协作机器人、双旋转等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 在线式视觉随动同步点胶方案

  点胶,是将产品工艺中的胶水或者其他液体精准地灌注、涂抹、喷射到精准位置的过程。一般的点胶机使用固定点胶机台,产品位置需要放置准确对位,生产时需要人工或者其它取、放料机构进行取放料。

  在制造加工行业,生产力是企业生存发展的第一要素,其中产能效率又是企业生产力的重要组成部分。从五金零件封装、PCB电路板、3C电子加工,到汽车电子、新能源锂电等行业,点胶的应用非常广泛,从传统的人工点胶、半自动点胶,再到后来的离线式点胶,在线式点胶,点胶的精度和效率也是越来越高。在线式点胶之皮带随动同步点胶具有效率快,精度高,性价比好等特点,应用于很多行业。

  VPLC516E在线式点胶之皮带随动同步点胶有X、Y、Z三轴和SCARA机械手的两种运动结构方案,配合流水线,实现流水线动态跟踪点胶,可提高产品的加工生产效率,也特别适用于3C电子组装、涂胶 、锁螺丝、焊锡、插件、上下料等其他应用场合。

  流水线动态跟踪点胶主要由机器视觉系统、XYZ三轴结构(或者SCARA四轴机械手)、传送带、运动控制系统构成。当传送带上的工件通过工业相镜覆盖视野范围时,相机自动拍照采集图像,通过VPLC516E视觉运动一体机对图像分析处理,获取此工件的姿态、轮廓、位置数据(或者通过视觉软件的轨迹编辑、CAD导图的方式亦可)等,并发送给运动控制处理单元。结合视觉发送过来的数据以及传送带编码器反馈的位置数据,来调整规划运行X、Y、Z轴的点胶轨迹(SCARA机械手点胶包含点胶轨迹和姿态),对传送带上的工件动态跟踪和高精度的随动同步点胶。

运动控制

XYZ 视觉随动同步点胶示意图

  正运动技术的VPLC516E视控一体机,既可以通过GigE接相机,做视觉飞行抓拍,加工工件的轮廓提取、视觉定位处理等,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,图形编辑、CAD导图功能,实现运动

  控制+机械手控制+机器视觉的高集成、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

运动控制

SCARA 随动同步点胶电气拓扑

运动控制

XYZ 轴随动同步点胶电气拓扑

  VPLC516E视觉运动控制一体机的视觉随动同步点胶硬件配置如下:

运动控制

  2.系统动作流程

  (1)上料

  将待加工或点胶的物料产品上到流水线皮带上。

  (2)视觉拍照

  可以选择硬件触发拍照,定时输出一个DI信号,一路触发相机拍照,另一路接至控制器锁存输入点,记录有效产品拍照时流水线的编码器当前位置。

  (3)模板匹配,筛选,排序

  对获取到的图像进行模版匹配、视觉定位,并进行重复筛选,根据有效产品图像信息,对同一时间段并行产品进行最优加工排序。

  (4)工件位置纠偏、轮廓的提取

  对筛选获取到的图片进行位置纠偏、轮廓分割并提取,生成最优加工轨迹。

  (5)SCARA机械手加工

  机械手返回待机位,当有产品触发时,机械手加速跟随至与流水线同步后,再下降并打开点胶阀,对工件产品进行轨迹点胶。动态跟踪点胶完成后,取消跟随流水线,关闭点胶阀。

  (6)返回待机位

  加工完成后,机械手返回待机位,这里如果检测到要跟随下一个产品加工,改变返回路线,直接跟随下个产品。

  四、主要功能和特点

  1.视觉功能相关Basic指令:

  图像抓取、模板匹配、轮廓提取(轮廓转换成运动轨迹)等,在某些特殊的场合,也可以采用轨迹编辑、CAD导图的方式,进行轨迹的生成;

运动控制

  视觉提取外轮廓图形如下图所示:

运动控制

  2.运动控制功能Basic相关指令:

  (1)运动应用指令:提前/延时开关胶、视觉飞拍、皮带跟踪、硬件比较输出等;

  皮带上的物料定位完成后的跟踪点胶,可以使用专门的皮带跟踪加工指令MOVESYNC;

  硬件精准位置输出MOVE_OP触发拍照,实现飞拍功能,误差1个脉冲;

  小线段速度前瞻规划CORNER_MODE,使运动更平滑、点胶更均匀。

运动控制

  (2)SCARA机械手正逆解模式

  正解模式

  BASE(Viraxis_x, Viraxis_y, [Viraxis_v] [,Viraxis_z])

  CONNREFRAME(1,tablenum,Axis_a,Axis_b[,Axis_c][,Axis_d])

  WAIT LOADED

  建立成功后,虚拟轴 MTYPE 将显示为 34,IDLE 显示为 0。此时只能操作关节轴在关节坐标系中运动,虚拟轴会自动计算末端工作点位于直角坐标系中的位置。

  逆解模式

  BASE(Axis_a,Axis_b[,Axis_c][,Axis_d])

  CONNFRAME(1,tablenum, Viraxis_x, Viraxis_y,[Viraxis_v] [,Viraxis_z])

  WAIT LOADED

  建立成功后,关节轴 MTYPE 将显示为 33,IDLE 显示为0。此时只能操作虚拟轴在直角坐标系中运动,关节轴会自动计算在关节坐标系中如何联合运动。

运动控制

  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,直观简单,操作方便。

  五、方案和产品优势

  正运动技术VPLC516E视觉运动控制一体机在线式视觉随动同步点胶应用方案的优势:

  • 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。

  • 30+机械手模型的控制,无需专有的机器人控制器,节省了硬件成本。

  • 具备提前开关胶、拐角减速、硬件位置比较输出等点胶工艺功能。

  • 支持CAD导图和轨迹轮廓编辑功能,可应对一些特殊场合的异形加工轨迹。

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