消费升级，产品形态等多样化和精细化，对产品的视觉检测、打磨抛光、点胶等复杂曲面轨迹加工的智能制造需求越来越多，也要求越来越高。在曲面加工的时候，对于轨迹末端，传统的 XY 运动+R旋转实现起来效率低、结构复杂、精度不一致，无法满足当下高速高精的控制需求。本文介绍了基于正运动技术VPLC711视觉运动控制一体机的XYR运动控制+线扫相机的曲面外观检测方案，用以解决以上应用“痛点”。

　　文/深圳市正运动技术有限公司

　　XYR(XY+R)联动控制是空间轨迹运用场景中的一种，当R轴旋转运动时，在待加工产品的位置和角度发生变化的同时， XY运动轴跟随产品的位置和角度，实时调整XY方向的当前位置，保证XY末端加工点始终与被加工物体的表面位置、姿态保持一致，实现XYR方向的同步运动，从而完美地解决了曲面产品加工中快速换型和和轨迹精度方面的应用“痛点”。

　　XYR运动控制目前被广泛应用于手机/平板中框外观缺陷检测、中框抛光打磨、曲面点胶、方壳电池外观检测、电池顶盖激光焊接等应用场景中。

手机 

平板 

方壳电池

　　手机、平板电脑、智能手环、方壳电池等产品在生产制造过程中，外观会出现划痕、缺陷、脏污等，尤其是曲面外观，这极大地影响到产品品质。通过产线工人用人眼进行检查，产品良率和效率等指标无法保证;通过多个位置平面相机视觉检测则系统结构复杂，效率低下;3D视觉系统的批量复制成本高。而采用基于VPLC711的XYR运动控制+线扫相机的曲面外观检测方案，就可以解决以上“痛点”。

　　1 VPLC711视觉运动控制一体机产品介绍

VPLC711视觉运动控制一体机

　　(1)硬件特性

　　l 采用x86高性 能CPU, EtherCAT同步周期可达250us;

　　l 板载RS232, RS485, EtherNet*5, EtherCAT， USB3.0*4硬件接口;

　　l 板载20DI,其中4个高速色标锁存，2组高速单端编码器;

　　l 支持DVI-D, HDMI显示，支持多网口不同IP设置;

　　l 板载20D0， 其中4组高速PWM，支持1D/ 2D/ 3D的高速位置同步输出。

　　(2)运动控制功能

　　l 点位运动、电子凸轮、直线插补、圆弧插补、连续轨迹加工、机械手功能;

　　l 板载高速PSO输出，支持1D/2D/3D的高速位置同步输出，可支持视觉飞拍、高速点胶、激光加工等应用。

　　(3)机器视觉功能

　　2 XYR运动控制解决方案

　　XYR(XY+R)联动运动控制算法，在R轴旋转过程中，待加工产品的位置和角度发生变化的同时，XY运动轴跟随产品的位置和角度，实时调整XY的当前位置，保证XY末端加工点始终与被加工物体的表面位置，姿态保持一致，实现XYR的同步运动。

常用XYR结构 

加工示意图

　　在XYR曲面外观检测中，XYR轴带着产品连续运动，侧边固定一个线扫相机，对边框进行拍照彩图，通过二维硬件位置比较输出PSO，保持曲面处等等间距采图，最终生成一张清晰的表面图，然后进行视觉外观缺陷检测。

　　在整个检测过程中：

　　(1)相机中心线永远与产品表面垂直(曲面处始终与切线垂直);

　　(2)相机到被检测产品的距离保持一致，任何位置L1=L2。

XYR曲面外观检测结构 

外观线扫示意图

　　3 基于VPLC711的曲面外观检测XYR解决方案

　　(1)解决方案及配置

　　l VPLC711机器视觉运动控制一体机;

　　l EtherNET接口：千兆网口，接支持Gige协议的面阵相机和线扫相机，做视觉应;

　　l EtherCAT接口：接EtherCAT总线驱动器，控制XYR轴运动;

　　l 16DI：接原点、限位等传感器，以及开关信号等;

　　l 16D0：高速输出口接线扫相机的硬触发输入;

　　l HDMI接口：接显示屏;

　　l USB接口：接鼠标键盘等。

基于VPLC711的曲面外观检测方案架构图

　　VPLC711机器视觉运动控制一体机集成视觉和运动于一体，替代传统的PC工控机+视觉软件+运动控制方案，硬件接线更方便，成本更低。搭载正运动技术运动控制实时内核MotionRT7，核内交互，指令调用速度快至us级，提升加工和检测效率。方案硬件配置如表1所示。

　　(2)运动控制的实现

　　①轨迹跟随控制

　　高精度单旋转台XYR联动算法，被检或者被加工产品在旋转工程中，XY轴跟随旋转位置和角度，同步做X和Y方向的位置调整，始终保证线扫相机或者刀具到产品任何位置的角度和距离一致。

　　两个平移轴XY方向无要求;旋转台转向从上往下看，根据参数 IfAntiClock 的值确定。

　　IfAntiClock=1 时，与 XY 为逆时针关系(旋转台从 X 正转向 Y 正)。

　　IfAntiClock=0 时，与 XY 为顺时针关系(旋转台从 Y 正转向 X 正)。

顺时针方向

逆时针方向

　　轴定义：

　　TBALE(tablenum,CENTERX,CENTERY,pulseRonecircle,IfAntiClock)

　　②硬件位置比较输出PSO

　　二维硬件位置比较输出PSO,控制线扫相机进行高速等间距采图,让视觉拍照与产品的运动轨迹精准同步，保证被检物体圆弧和拐角处的高质量成像

　　③快速路径规划

　　a.可支持二维CAD导图，支持DXF/PLT/AI等格式导入

　　CAD导图软件方式

　　b.支持长、宽和倒角半径等尺寸参数设置输入

　　参数设置方式

　　(3)视觉系统的实现

　　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。

　　上面阵相机：实现产品的视觉定位以及旋转中心点确定。

　　侧面线扫相机：与VPLC711视觉运动一体机的高速输出口和网口连接，采用二维硬件比较输出PSO的方式对曲面进行图片采集并成像，然后把产品一周(长、宽和4个曲面角)的图像展开进行视觉处理。

　　视觉检测图形(包含面阵和线扫相机)

　　4 基于VPLC711的曲面外观检测XYR解决方案的优势

　　(1)集成视觉和运动于一体，硬件接线更方便，成本更低;

　　(2)运动控制实时内核，核内交互，指令调用速度快至us级，提升加工效率;

　　(3)高精度XYR单旋转台联动算法，轻松实现XYR联动运动控制;

　　(4)硬件位置比较输出PSO，高速等间距触发采集图像，曲面场合同样适用;

　　(5)S曲线加速度/SS曲线加加速度连续，运动控制更平滑;

　　(6)统一的API函数接口，适用各种PC上位机语言开发。