在工业生产过程中，由于生产条件和运输环境中的不可控因素，很容易产生一些外观划痕、压伤、擦挂、大小不一等缺陷，在对大批量产品进行质量检测时，常规的人工检测不仅速度慢、精度低，还会因视觉疲劳导致错检、漏检。面对激烈内卷的市场竞争，企业对产品的质量、外观、产能等提出了更高的要求，并且在招人难、用工成本高等各种因素驱动之下，人工检测转变为机器视觉智能检测已是势在必行，全自动智能化的外观检测和分选应用催生了庞大的市场需求。

　　文/深圳市正运动技术有限公司

　　全自动CCD光学筛选机，是针对各种散件的尺寸、外观等缺陷而研发的检测设备。采用振动盘上料机构全自动输送物料到玻璃转盘，机器视觉系统对物料进行视觉检测，运动控制卡完成转盘的恒速旋转以及物料位置的编码器反馈、硬件位置比较输出对不同位置的CCD相机和吹气口装置进行控制，实现全自动的多面外观和尺寸检测筛选，可以大幅度提高生产效率和节省用工成本

　　全自动CCD光学筛选机针对散件检测，广泛应用于有摄像头零部件、锂电池零部件、磁性材料、电子原件、塑料橡胶制品、螺丝螺母、电子元器件、精密五金件等。

常见检测产品

　　1 全自动CCD光学筛选机

　　(1)全自动CCD光学筛选机的原理

　　全自动CCD光学筛选机，通过振动盘将各类散件输送到高透明玻璃转台，然后通过入口处光纤传感器检测转台感应的工件物料，再通过XPCIE1028运动控制卡的高速锁存输入口记录来料的实际位置，当转盘转动到相机位置时，XPCIE1028运动控制卡通过高速输出口触发相机拍照，然后视觉处理运算。

　　机器视觉检测系统采用CCD工业相机将被检测的目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度等，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格/不合格、有/无等，实现自动识别功能。根据产品的实际尺寸，其筛选速度，根据不同产品尺寸和检测要求，能达到200-12000pcs/min的筛选速度。

全自动CCD光学筛选机示意图

　　(2)运动控制系统

　　基于运动控制器/运动控制卡的的全自动CCD光学筛选机系统，相比于传统的PLC+触摸屏方案，更集成化，响应更快，效率更高，在玻璃转盘快速运动的时候，也能通过视觉飞拍拍摄物料进行视觉处理,在满足检测精度的同时，提高检测和分选的产能。

　　正运动技术XPCIE1028运动控制卡通过专有脉冲+编码器反馈轴接口控制伺服电机，实现转盘的旋转，并实时记录编码器的反馈位置;高速输入口接光纤传感器，感应并记录物料的位置;高速输出口可接1-12个相机进行视觉飞拍，检测物料的合格与不合格;同时高速输出口可接1-8个吹气装置，及时对视觉检测的结果进行相应处理分类。

　　XPCIE1028 在光学筛选机上硬件方案1 (8相机+8排料)

　　XPCIE1028 在光学筛选机上硬件方案2 (12相机+4排料)

　　(3)视觉系统

　　该系统主要由相机、镜头、光源、光源控制盒、视觉处理系统等组成。根据运动速度的快慢不同，对相机的拍照响应时间、曝光时间以及镜头光圈、像素和光源等都有一定的要求，完成不同产品的测量和检测等视觉功能。

　　2 XPCIE1028运动控制卡在全自动CCD光学筛选机应用中的优势

　　(1) XPCIE1028运动控制卡硬件和功能

　　XPCIE1028运动控制卡是正运动技术推出的针对全自动CCD光学高速筛选行业的一款专用运动控制卡，硬件自带8路高速输入和多达16路高速硬件位置比较输出，4路脉冲输出+编码器反馈，非常匹配应用于1-12个相机+多个高速吹气口的全自动CCD光学筛选机等设备上使用。

　　XPCIE1028运动控制卡可以通过ZDevelop下的Basic语言或者 PC上位机调用API函数库来实现运动控制。ZDevelop 低门槛的IDE开发环境，集开发、调试、诊断于一体，完善的工艺包，满足了现代工业应用中集成化、模块化、智能化的需求。另外，XPCIE1028运动控制卡的通用性，也可以用PC软件，比如C#、C++、LabVIEW、VB、.NET、Python、Qt等第三方软件调用同一套API函数库来开发。

XPCIE1028运动控制卡产品架构

　　XPCIE1028运动控制卡的功能包括：

　　l 板载28+2点通用输入，32+2点通用输出，其中8路高速输入和16路高速输出;

　　l 板载4路脉冲输出，其中一路专用脉冲轴接口(差分脉冲输出+编码器反馈);

　　l 多达16路精准输出、硬件位置比较输出，机器视觉飞拍检测和筛选吹气高速输出，可根据需求分配;

　　l 支持8路高速锁存输入口，可记录转盘来料位置;

　　l 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。

　　(2)XPCIE1028运动控制卡的优势——效率

　　XPCIE1028运动控制卡需要配合正运动技术自主自研Windows运动控制实时内核MotionRT7使用，相比于传统的PCI/PCIE运动控制卡，MotionRT7的快速本地LOCAL接口，API运动函数调用比普通PCI卡快数十倍，解决Windows的非实时性“痛点”，大幅提升效率和产能。

MotionRT7模块化软件架构

　　MotionRT7实时内核是将一部分PC的硬件资源直接配置占用，如CPU处理器的部分运算核心，一小部分内存，部分网口、串口等等，使得MotionRT7实时系统和Windows系统共同运行在一台PC上。在MotionRT7实时系统里的功能模块处理运动控制或机器视觉等自动化设备核心任务，其他的模块或用户自己的功能(如PC界面或者MES等)运行在Windows上，利用CPU强大的算力和MotionRT7实时内核，实现核内之间高效的数据交互，大大提升交互效率和稳定性。

　　表1 与传统PCI/PCIE卡和PLC的测试数据结果对比

　　可以从测试对比结果看出，MotionRT7在LOCAL链接(核内交互)的方式下，指令交互的效率是非常稳定，当测试数量从1w增加到10w时，单条指令交互时间与多条指令交互时间波动不大，非常适用于全自动CCD光学筛选机等高速高精的应用。

　　3 XPCIE1028运动控制卡在全自动CCD光学筛选机中的方案实现

　　(1)方案硬件配置(见表2)

　　(2)硬件位置比较输出——视觉飞拍应用

　　在玻璃转盘的转动过程中，物料通过每一个相机，都要进行物料的正反面或者侧面等视觉测量与检测等，传统的做法是运动到每一个相机位置，转盘停下来，视觉系统拍照处理。可是拍摄需要时间，往往造成设备不需要的停顿动作和时间消耗，对产能产生严重的影响。

定拍V-T图

　　使用视觉飞拍技术，当物料转动到相机拍摄位置时，由运动控制器内部触发相机，进行动态无停顿拍照，微秒级的拍摄速度，数毫秒间输出视觉运算结果OK或者NG，回传给控制器，确定是OK吹气口工作还是NG吹气口工作，实现筛选的目的。XPCIE1028运动控制卡支持16路硬件比较输出，既保证效率，又确保了精准度。

飞拍V-T图

　　(3)系统动作流程

　　①待检产品上料

　　根据物料的类型，选择相应的振动盘将各类散件输送到高透明玻璃转台上，其中旋转台是以某一设定的速度在恒速旋转。

　　②感应物料并记录位置

　　当传感器感应到物料，基于FPGA的高速锁存口记录物料当前位置。

　　③相机触发拍照

　　通过高速锁存口锁存的位置，计算出各个相机的位置，由运动控制器内部硬件位置比较输出触发相机，进行视觉飞拍。

　　④视觉系统处理

　　对拍照的物料图片进行视觉检测、测量、识别等功能，并传输OK或者NG信号给到运动控制器。

　　⑤吹气筛选

　　根据视觉系统反馈给运动控制器的结果，以及通过感应器锁存的物料的位置计算出吹气口的位置，由运动控制器内部硬件位置比较输出控制吹气口，进行筛选OK或者NG。

　　4 全自动CCD光学筛选机的运动控制功能和调试工具

　　(1)核心功能特点

　　①高速锁存功能

　　通过高速输入口，锁存转盘上来料的编码器实时位置。

　　②视觉飞拍-硬件位置比较输出

　　根据锁存位置，算出相机触发的位置，实现视觉飞拍。

　　③高速吹气-硬件位置比较输出

　　根据锁存位置，算出吹气口的位置，实现转盘不停顿吹气筛选分类。

　　基于运动控制器的转盘视觉筛选功能实现原理

　　(2)完整易用的运动控制筛选调试全套工具

　　针对XPCIE1028运动控制卡在全自动CCD光学筛选机上的应用，正运动技术提供完整的专用筛选机调试软件，只需要进行简单的参数设置，搭配相机和视觉处理软件，就可以快速实现全自动CCD视觉筛选，缩短开发周期，降低开发成本。

　　l 预留1-12个相机输出口编号，每个相机可以单独设置输出口、触发时间等参数;

　　l 预留1-8个吹气输出口编号，每个电磁阀可以单独设置输出口、触发时间等参数;

　　l 来料物件筛选，最大值最小值设置;

　　l 电机参数设置，方便客户根据不同机型，自由配置参数;

　　l 物件检测存储上千组触发数据,保证来料检测记录的效率和准确度;

　　l 每个相机存储上百组触发数据，提升视觉处理的效率和稳定性;

　　l 智能数据检测，合格件、不合格件、物料丢失、物料误吹等计数。

相机设置　　

排料设置

　　5 XPCIE1028运动控制卡在全自动CCD光学筛选机应用上的亮点总结

　　l 来料在机器视觉检测和测量过程中，机构不用停下来，相比静态拍照，减少机台CT，提高效率;

　　l 高速锁存输入口配合使用，进一步提升设备的物料分选精准度和效率;

　　l 多达16路高速硬件位置比较输出口，适合1-12个相机和多路排气装置的全自动CCD光学筛选机的场合，同样也适用于其他光学检测设备的应用;

　　l 可通过PC上位机(C#/C++/.NET/Python/Qt…)调用API函数和下位机Basic混合编程，相比于传统的PLC+触摸屏方案，集成化更高，性价比更好，响应更快，效率更高;

　　l 配合MotionRT7使用，相比于传统的PCI/PCIE运动控制卡，MotionRT7的快速本地LOCAL接口，API运动函数调用比普通PCI卡快数十倍;

　　l 解决Windows的非实时性痛点，大幅提升效率和产能;

　　l 提供整套运动控制硬件+免费调试工具包，缩短开发周期，降低开发成本。