新一代全自动视觉激光打标机的研究与开发要点

新一代全自动视觉激光打标机的研究与开发新一代全自动视觉激光打标机的研究与开发 摘要 全自动视觉激光打标机以 LabVIEW 为软件开发平台 以 PC 机为控制主体 整合计算机硬件资源与激光器 工业相机 机械手等测控硬件资源 采用软硬 件标准化 一体化 模块化设计 构建产品检测与标记系统 实现上料 检测 打标 下料等工序的一体化 流程化操作 且具备完善的保护报警功能及一定 的错误自处理功能 具有自动化程度高 生产效率高 适用范围广等性能优势 关键词 视觉检测测控系统自动化 LabVIEW 软件平台 Abstract The automatic OPTMV Laser Marking has been developed successfully based on half automaticOPTMV Laser Marking Personal computer PC is the central part of control units used of softwareof LabVIE W the system of products inspection and marking is constructed by com pounding resources of computerhardware and instruments of test contro l such as laser marking industrial camera manipulator and so on Both ofhardware and s oftware of this equipment are designed normally wholly and blocky Thi s equipment can accordinglyand orderly completes the operations of lo ading inspection marking and unloading It also has the functions ofal arming and tracking the errors itself to some extent Thus it has many advantages such as wide application greatautomation and efficiency Key words Vision inspection Test and control system Automatic Lab VIEW Platform of software 1 引言随着技术和市场竞争日趋激烈 质量正成为产品最大的竞争力 产品检 测与标记是产品代写论文生产中质量保证的关键环节 随着生产的不断发展和 工艺要求的不断提高 研发自动化程度高 快速 高效及高精度的产品检测与 标记设备成为必然趋势 新一代全自动视觉激光打标机基于机器视觉的智能视 觉检测原理 以 LabVIEW 为软件开发平台 构建产品检测与标记系统 是用于 集成电路基板检测和激光标记的专业设备 该设备的上料 检测 打标 下料 4 个工位同时运转于工作平台 有机协调 能够高精度 高速度完成产品检测 与标记任务 加上完善的感应触发装置及保护报警功能 可以实现无人作业 真正实现自动化操作 是集光 机 电 计算机 机器视觉 自动控制等技术 为一体的检测设备 2 机械系统设计 2 1 性能要求该系统结构设计要求紧凑 同时采用一体化设计 可以大大降低由于机台间相对移动而对精度造成的影响 在夹具及机械手的设 计上采用模块化设计 可快速更换夹具 以达到检测不同尺寸的产品或不同类 型的产品的要求 提高系统的扩展性及适用性 2 2 机械系统结构全自动视觉 激光打标机由两大部件构成 即控制平台及工作平台 控制平台主体为 PC 机 包括双 CPU 高性能主机 含各种所需插卡及接口 17 英寸液晶显示器 控制 鼠标 控制键盘及光源控制器等 工作平台如图 1 所示 该工作平台主要由以 下部分组成 机架 旋转台 夹具 装料区 上下料机械手 激光器 摄像机 及光源等 机架用于固定激光器 旋转工作台 上下料机械手等 机架保证各 个部分的相对位置 以及整台机器的刚性 旋转台可 360 旋转 使工件夹具 切换到不同的工位 夹具用于装夹工件 以完成各个工序 夹具可作 180 旋 转 以便于正反面打标 上料区完成工件的自动 手动补料 上下料机械手负责 上下料工作 激光器负责激光标刻工作 固定于机架上 摄像机及光源构成视 觉检测系统 完成工件图像的采集工作 激光器 3 测控系统研究 3 1 测控系统全自动视觉激光打标机测控系统结构如图 2 所示 该系统将计算机硬件资源 仪器与测控系统硬件资源有机整合 从而把计算机 强大的计算处理能力和仪器硬件的测量 控制能力结合在一起 测控系统以不 同的方式实现各工作单元的通信与控制 运动控制卡 图像采集卡等上位控制 单元与 PC 机构成主从式控制结构 PC 机负责人机交互界面的管理和测控系统 的实时监控等方面的工作 如键盘和鼠标的管理 系统状态的显示 控制指令 的发送 外部信号的监控等 激光器以太网原点开关感应开关限位开关外部按 钮电缆驱动器 1 驱动器 2 电机 1 旋转台电机 2 条形 LEDCCD 摄像机数字光源控制 器图像采集卡 OUTPUT 图 2 测控系统结构图运动控制卡采用 MPC07SP 运动控制卡 该卡是基于 PCI 总线的步进电机或数字式伺服机的上位控制单元 通过交流伺 服驱动器完成步进电机运动控制的所有细节 包括脉冲和方向的输出 自动升 降带的处理及原点和限位信号的检测等 同时 通过该卡的专用输入 外接 原点 限位等开关信号 以实现回原点 保护等功能 该卡提供通用 I O 接口 包括 16 点 DC24 光电耦合通用数字输入 24 点最大 500mA 集电极开路通用数字 输出 用于各开关量的控制和状态的读取 其中 上下料工序的运动控制正是 基于该卡的通用 I 功能而实现的 机械手采用气压驱动 上位控制单元输出控 制信号 通过通用输出端口控制电磁阀的状态 进而控制高压气的通断和切换 系统采用 DH M 系列 USB 接口数字摄像机 DHH V1302U M 该数字摄像机应用接 口库提供应用程序接口函数 通过该接口库进行数字摄像机的二次开发 可实 现数字摄像机的控制 采集图像到内存 错误处理等功能 PC 机通过 USB2 0 标准接口 实现对摄像机参数的设置及图像采集的控制 并使用图像采集卡接 收从摄像机传送的图像信号 然后进行图像的处理和分析 机器视觉检测对照 明系统有较高的要求 本系统采用数字光源控制器 DP1024 及一对同轴条形光源 该数字光源控制器具有 4 输出通道 输出 DC0 24V 可调电源 PC 机通过 RS232 串口实现与数字光源控制器的通信 可控制条形光源的亮灭及亮度调节 APPLICATION RESEARCH 应用研究激光器采用 HGLaserMark2 0 8 并使用以太网 实现与 PC 机的通信 按照通信协议 激光器启动后 Se r ve r 端处于监听状态 PC 机不断将一定格式的标刻数据文件通过以太网传送给激光器 并发送标刻命 令 激光器 Server 端解析出其中的数据 在收到命令后开始标刻 并返回标刻 状态给 PC 机 3 2 工作流程根据功能要求 整个工作平台可分为 4 个工位 即 上料工位 检测工位 打标工位 下料工位 完成工件的整个检测与标记任务 其工作流程如图 3 所示 上料 1 上料机械手从上料区取料并放置到夹具 2 夹 具夹紧工件下料 1 翻转夹具 2 松开夹具 3 机械手将工件拾取并移放至下料 区检测 1 视觉系统按顺序依次检测工件 2 将检测结果传送至激光器打标 1 正面打标 2 翻转 并检测翻转到位信号 3 到位后 反面打标旋转台旋转 90 旋转台旋转 90 旋转台旋转 90 进入下一周期旋转台旋转 90 图 3 工作 流程图 4 软件操作系统的开发软件操作系统是基于 LabVIEW 的图形化程序设计 平台开发的测试与控制软件 该系统起到 3 个层面的作用 即底层驱动 应用 层驱动和人机界面 底层驱动主要用来对硬件的操作 如对运动控制卡 图像 采集卡的驱动 应用层完成数据的采集储存 转换和分析 实现仪器的各种功 能 人机界面层面向用户 提供友好的人机对话环境 包括 程序运行时的显 示模式及程序对操作的相应方式 4 1 程序模块 LabVIEW 软件采用数据流模型 实现了自动的多线程 从而能充 分利用处理尤其是多处理器的处理能力 操作系统根据 LabVIEW 的多线程机制 建立测控系统软件的多线程模型 将系统中的管理和控制功能划分为若干模块 分别置于独立线程中 以消息排队和消息循环推动系统的运行 操作系统主要 包含以下功能模块 用户管理模块 程式管理模块 编程模块 硬件管理模块 运行模块 统计分析模块 各模块分别实现不同功能 用户管理模块实现操作 系统的登录和用户的管理 包括建立用户 密码修改 权限设置等 程式管 理模块将工件信息按照类型以文件形式存储 可以实现打开 新建 删除文件 等操作 同时可进入编程模块 进行相应工件的编程 编程模块开放给用户 用户通过该模块对不同工件进行编程 以实现对不同工件的检测和标记要求 硬件管理模块用于各硬件模块的管理和调试 如电机参数 低速 加速度 高 速等 的设置 电机的运转 回原点等操作 运行模块实现整个工作流程的控 制以及对用户操作的响应 统计分析模块用于统计过程控制 包括各工位工作 时间 工作周期 工件信息等的统计分析 核心处理单元整合各模块功能 实 现整个操作系统的协调运转 4 2 程序操作流程程序操作流程图如图 4 所示 启动系统用户登录 管理设备 接口 参数初始化参数修改 硬件调试 调用原有 程式 程式选择单步运行自动运行退出程序 关闭系统编程建立新程式参数设 置 硬件调试程式更改 参数调整 YYYNNN 切换图 4 程序操作流程操作系统提供 友好的人机交互界面 包括用户管理界面 主界面 程式管理界面 参数设置 界面 编程界面等 操控简单 可控制的对象包括鼠标 键盘及应用研究 APPLICATION RESEARC 外部按钮等 通过对程序属性和各种控件的属性节点的 设置 能实现各种形式的操作界面 登录系统后 程序处于循环等待状态 即 等待用户的操作 用户通过主界面上的按钮可进入其它操作界面进行相应的操 作 当进行自动运行操作时 整个工作平台运转 上料 检测 打标 下料及 其它相应程序同时动作 自动完成产品的检测与标记任务 5 主要技术指标检 测误判率 0 1 激光标刻精度 50 m 0 5 机械定位精度 99 9 工作周期 T 上料 G 3 0s T 检测 G 3 5s T 打标 G 4 0s T 下料 G 3 0s T 旋转台转动 G 2 0sT 其它延时 G 1 5s T 总时 间 G Max T 上料 T 检测 T 打标 T 下料 T 旋转台转动 T 其它延时 G 8 5s 6 结束语综上所述 新一代全自动视觉激光打标机能有效完成工业生产中产品 检测及标记的各项任务 该设备具备以下特点 1 自动化程度高 该设备采 用全自动上 下料机械手作业 仅需人工补料及转运工件 同时具有完善的保 护报警功能和一定的错误自处理功能 2 生产效率高 该机自动化程度高 可实现一人多机操作 该机启动后 4 个工位同时工作 生产速度是传统同类 机械加工设备的数倍至 10 数倍 3 精度高 整机调试完成后 各部件的相 对位置将保持不变 测控系统集视觉检测与激光标刻于一体 检测结果在系统 内部传递 避免了人工检测的人为差错及传统视觉系统检测与不同系统的激光 器信号传输出现的差错 4 适用范围广 针对不同行业的不同客户 该机可 通过更换夹具及机械手的方法来满足客户对不同工件的加工要求 5 程序采 用模块化和标准化设计开发 有利于程序的升级及移植 该设备已交付某公司 投入使用 运行状况良好 具有较高的实用价值 参考文献 1 戴鹏飞 王胜开 王格芳等 测试工程与 LabVIEW 应用 电子工业出版社 2006