視覺激光打標(biāo)機(jī)研究論文

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1隨著技術(shù)和市場競爭日趨激烈，質(zhì)量正成為產(chǎn)品最大的競爭力。產(chǎn)品檢測與標(biāo)記是產(chǎn)品論文生產(chǎn)中質(zhì)量保證的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展和工藝要求的不斷提高，研發(fā)自動(dòng)化程度高、快速、高效及高精度的產(chǎn)品檢測與標(biāo)記設(shè)備成為必然趨勢。新一代全自動(dòng)視覺激光打標(biāo)機(jī)基于機(jī)器視覺的智能視覺檢測原理，以LabVIEW為軟件開發(fā)平臺(tái)，構(gòu)建產(chǎn)品檢測與標(biāo)記系統(tǒng)，是用于集成電路基板檢測和激光標(biāo)記的專業(yè)設(shè)備。該設(shè)備的上料、檢測、打標(biāo)、下料4個(gè)工位同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)于工作平臺(tái)，有機(jī)協(xié)調(diào)，能夠高精度、高速度完成產(chǎn)品檢測與標(biāo)記任務(wù)，加上完善的感應(yīng)觸發(fā)裝置及保護(hù)報(bào)警功能，可以實(shí)現(xiàn)無人作業(yè)，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，是集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)、機(jī)器視覺、自動(dòng)控制等技術(shù)為一體的檢測設(shè)備。

2機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1性能要求該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求緊湊，同時(shí)采用一體化設(shè)計(jì)，可以大大降低由于機(jī)臺(tái)間相對移動(dòng)而對精度造成的影響。在夾具及機(jī)械手的設(shè)計(jì)上采用模塊化設(shè)計(jì)，可快速更換夾具，以達(dá)到檢測不同尺寸的產(chǎn)品或不同類型的產(chǎn)品的要求，提高系統(tǒng)的擴(kuò)展性及適用性。2.2機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)全自動(dòng)視覺激光打標(biāo)機(jī)由兩大部件構(gòu)成，即控制平臺(tái)及工作平臺(tái)?？刂破脚_(tái)主體為PC機(jī)，包括雙CPU高性能主機(jī)（含各種所需插卡及接口）、17英寸液晶顯示器、控制鼠標(biāo)、控制鍵盤及光源控制器等。工作平臺(tái)如圖1所示。該工作平臺(tái)主要由以下部分組成：機(jī)架、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、夾具、裝料區(qū)、上下料機(jī)械手、激光器、攝像機(jī)及光源等。機(jī)架用于固定激光器、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、上下料機(jī)械手等。機(jī)架保證各個(gè)部分的相對位置，以及整臺(tái)機(jī)器的剛性。旋轉(zhuǎn)臺(tái)可360°旋轉(zhuǎn)，使工件夾具切換到不同的工位。夾具用于裝夾工件，以完成各個(gè)工序，夾具可作180°旋轉(zhuǎn)，以便于正反面打標(biāo)。上料區(qū)完成工件的自動(dòng)/手動(dòng)補(bǔ)料。上下料機(jī)械手負(fù)責(zé)上下料工作。激光器負(fù)責(zé)激光標(biāo)刻工作，固定于機(jī)架上。攝像機(jī)及光源構(gòu)成視覺檢測系統(tǒng)，完成工件圖像的采集工作。激光器

3測控系統(tǒng)研究3.1測控系統(tǒng)全自動(dòng)視覺激光打標(biāo)機(jī)測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)硬件資源、儀器與測控系統(tǒng)硬件資源有機(jī)整合，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起。測控系統(tǒng)以不同的方式實(shí)現(xiàn)各工作單元的通信與控制。運(yùn)動(dòng)控制卡、圖像采集卡等上位控制單元與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)。PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和測控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作，如鍵盤和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、控制指令的發(fā)送、外部信號的監(jiān)控等。激光器以太網(wǎng)原點(diǎn)開關(guān)感應(yīng)開關(guān)限位開關(guān)外部按鈕電纜驅(qū)動(dòng)器1驅(qū)動(dòng)器2電機(jī)1旋轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)2條形LEDCCD攝像機(jī)數(shù)字光源控制器圖像采集卡OUTPUT圖2測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖運(yùn)動(dòng)控制卡采用MPC07SP運(yùn)動(dòng)控制卡。該卡是基于PCI總線的步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服機(jī)的上位控制單元，通過交流伺服驅(qū)動(dòng)器完成步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)（包括脈沖和方向的輸出、自動(dòng)升降帶的處理及原點(diǎn)和限位信號的檢測等）。同時(shí)，通過該卡的專用輸入、外接原點(diǎn)、限位等開關(guān)信號，以實(shí)現(xiàn)回原點(diǎn)、保護(hù)等功能。該卡提供通用I/O接口，包括16點(diǎn)DC24光電耦合通用數(shù)字輸入，24點(diǎn)最大500mA集電極開路通用數(shù)字輸出，用于各開關(guān)量的控制和狀態(tài)的讀取。其中，上下料工序的運(yùn)動(dòng)控制正是基于該卡的通用I/功能而實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械手采用氣壓驅(qū)動(dòng)。上位控制單元輸出控制信號，通過通用輸出端口控制電磁閥的狀態(tài)，進(jìn)而控制高壓氣的通斷和切換。系統(tǒng)采用DH-M系列USB接口數(shù)字?jǐn)z像機(jī)DHHV1302UM。該數(shù)字?jǐn)z像機(jī)應(yīng)用接口庫提供應(yīng)用程序接口函數(shù)。通過該接口庫進(jìn)行數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的二次開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的控制、采集圖像到內(nèi)存、錯(cuò)誤處理等功能。PC機(jī)通過USB2.0標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)對攝像機(jī)參數(shù)的設(shè)置及圖像采集的控制，并使用圖像采集卡接收從攝像機(jī)傳送的圖像信號，然后進(jìn)行圖像的處理和分析。機(jī)器視覺檢測對照明系統(tǒng)有較高的要求。本系統(tǒng)采用數(shù)字光源控制器DP1024及一對同軸條形光源。該數(shù)字光源控制器具有4輸出通道，輸出DC0～24V可調(diào)電源。PC機(jī)通過RS232串口實(shí)現(xiàn)與數(shù)字光源控制器的通信，可控制條形光源的亮滅及亮度調(diào)節(jié)。APPLICATIONRESEARCH應(yīng)用研究激光器采用HGLaserMark2.0.8，并使用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通信。按照通信協(xié)議，激光器啟動(dòng)后Server端處于監(jiān)聽狀態(tài)，PC機(jī)不斷將一定格式的標(biāo)刻數(shù)據(jù)文件通過以太網(wǎng)傳送給激光器，并發(fā)送標(biāo)刻命令。激光器Server端解析出其中的數(shù)據(jù)，在收到命令后開始標(biāo)刻，并返回標(biāo)刻狀態(tài)給PC機(jī)。3.2工作流程根據(jù)功能要求，整個(gè)工作平臺(tái)可分為4個(gè)工位，即上料工位、檢測工位、打標(biāo)工位、下料工位，完成工件的整個(gè)檢測與標(biāo)記任務(wù)。其工作流程如圖3所示。上料1）上料機(jī)械手從上料區(qū)取料并放置到夾具2）夾具夾緊工件下料1）翻轉(zhuǎn)夾具2）松開夾具3）機(jī)械手將工件拾取并移放至下料區(qū)檢測1）視覺系統(tǒng)按順序依次檢測工件2）將檢測結(jié)果傳送至激光器打標(biāo)1）正面打標(biāo)2）翻轉(zhuǎn)，并檢測翻轉(zhuǎn)到位信號3）到位后，反面打標(biāo)旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)入下一周期旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°圖3工作流程圖4軟件操作系統(tǒng)的開發(fā)軟件操作系統(tǒng)是基于LabVIEW的圖形化程序設(shè)計(jì)平臺(tái)開發(fā)的測試與控制軟件。該系統(tǒng)起到3個(gè)層面的作用，即底層驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用層驅(qū)動(dòng)和人機(jī)界面。底層驅(qū)動(dòng)主要用來對硬件的操作，如對運(yùn)動(dòng)控制卡、圖像采集卡的驅(qū)動(dòng)；應(yīng)用層完成數(shù)據(jù)的采集儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)換和分析，實(shí)現(xiàn)儀器的各種功能；人機(jī)界面層面向用戶，提供友好的人機(jī)對話環(huán)境，包括：程序運(yùn)行時(shí)的顯示模式及程序?qū)Σ僮鞯南鄳?yīng)方式。

4.1程序模塊LabVIEW軟件采用數(shù)據(jù)流模型，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的多線程，從而能充分利用處理尤其是多處理器的處理能力。操作系統(tǒng)根據(jù)LabVIEW的多線程機(jī)制，建立測控系統(tǒng)軟件的多線程模型，將系統(tǒng)中的管理和控制功能劃分為若干模塊，分別置于獨(dú)立線程中，以消息排隊(duì)和消息循環(huán)推動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行。操作系統(tǒng)主要包含以下功能模塊：用戶管理模塊、程式管理模塊、編程模塊、硬件管理模塊、運(yùn)行模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊。各模塊分別實(shí)現(xiàn)不同功能。用戶管理模塊實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的登錄和用戶的管理（包括建立用戶、密碼修改、權(quán)限設(shè)置等）；程式管理模塊將工件信息按照類型以文件形式存儲(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)打開、新建、刪除文件等操作，同時(shí)可進(jìn)入編程模塊，進(jìn)行相應(yīng)工件的編程。編程模塊開放給用戶，用戶通過該模塊對不同工件進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)對不同工件的檢測和標(biāo)記要求；硬件管理模塊用于各硬件模塊的管理和調(diào)試，如電機(jī)參數(shù)（低速、加速度、高速等）的設(shè)置，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、回原點(diǎn)等操作；運(yùn)行模塊實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作流程的控制以及對用戶操作的響應(yīng)；統(tǒng)計(jì)分析模塊用于統(tǒng)計(jì)過程控制，包括各工位工作時(shí)間、工作周期、工件信息等的統(tǒng)計(jì)分析。核心處理單元整合各模塊功能，實(shí)現(xiàn)整個(gè)操作系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。4.2程序操作流程程序操作流程圖如圖4所示。啟動(dòng)系統(tǒng)用戶登錄/管理設(shè)備/接口/參數(shù)初始化參數(shù)修改/硬件調(diào)試？調(diào)用原有程式？程式選擇單步運(yùn)行自動(dòng)運(yùn)行退出程序？關(guān)閉系統(tǒng)編程建立新程式參數(shù)設(shè)置/硬件調(diào)試程式更改/參數(shù)調(diào)整？YYYNNN切換圖4程序操作流程操作系統(tǒng)提供友好的人機(jī)交互界面（包括用戶管理界面、主界面、程式管理界面、參數(shù)設(shè)置界面、編程界面等），操控簡單?？煽刂频膶ο蟀ㄊ髽?biāo)、鍵盤及應(yīng)用研究APPLICATIONRESEARC外部按鈕等，通過對程序?qū)傩院透鞣N控件的屬性節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，能實(shí)現(xiàn)各種形式的操作界面。登錄系統(tǒng)后，程序處于循環(huán)等待狀態(tài)，即等待用戶的操作。用戶通過主界面上的按鈕可進(jìn)入其它操作界面進(jìn)行相應(yīng)的操作。當(dāng)進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行操作時(shí)，整個(gè)工作平臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，上料、檢測、打標(biāo)、下料及其它相應(yīng)程序同時(shí)動(dòng)作，自動(dòng)完成產(chǎn)品的檢測與標(biāo)記任務(wù)。5主要技術(shù)指標(biāo)檢測誤判率：<0.1‰；激光標(biāo)刻精度：<50μm，<0.5°；機(jī)械定位精度：<0.3mm；標(biāo)刻重復(fù)性：>99.9%；工作周期：T上料G3.0s；T檢測G3.5s；T打標(biāo)G4.0s；T下料G3.0s；T旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)G2.0sT其它延時(shí)G1.5s；T總時(shí)間GMax(T上料,T檢測,T打標(biāo),T下料)+T旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)+T其它延時(shí)G8.5s。

6結(jié)束語綜上所述，新一代全自動(dòng)視覺激光打標(biāo)機(jī)能有效完成工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)品檢測及標(biāo)記的各項(xiàng)任務(wù)。該設(shè)備具備以下特點(diǎn)：（1）自動(dòng)化程度高：該設(shè)備采用全自動(dòng)上、下料機(jī)械手作業(yè)，僅需人工補(bǔ)料及轉(zhuǎn)運(yùn)工件，同時(shí)具有完善的保護(hù)報(bào)警功能和一定的錯(cuò)誤自處理功能。（2）生產(chǎn)效率高：該機(jī)自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)操作。該機(jī)啟動(dòng)后，4個(gè)工位同時(shí)工作，生產(chǎn)速度是傳統(tǒng)同類機(jī)械加工設(shè)備的數(shù)倍至10數(shù)倍。（3）精度高：整機(jī)調(diào)試完成后，各部件的相對位置將保持不變。測控系統(tǒng)集視覺檢測與激光標(biāo)刻于一體，檢測結(jié)果在系統(tǒng)內(nèi)部傳遞，避免了人工檢測的人為差錯(cuò)及傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)檢測與不同系統(tǒng)的激光器信號傳輸出現(xiàn)的差錯(cuò)。（4）適用范圍廣：針對不同行業(yè)的不同客戶，該機(jī)可通過更換夾具及機(jī)械手的方法來滿足客戶對不同工件的加工要求。（5）程序采用模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)開發(fā)，有利于程序的升級及移植。該設(shè)備已交付某公司投入使用，運(yùn)行狀況良好，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

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摘要：全自動(dòng)視覺激光打標(biāo)機(jī)以LabVIEW為軟件開發(fā)平臺(tái),以PC機(jī)為控制主體，整合計(jì)算機(jī)硬件資源與激光器、工業(yè)相機(jī)、機(jī)械手等測控硬件資源，采用軟硬件標(biāo)準(zhǔn)化、一體化、模塊化設(shè)計(jì)，構(gòu)建產(chǎn)品檢測與標(biāo)記系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)上料、檢測、打標(biāo)、下料等工序的一體化、流程化操作。且具備完善的保護(hù)報(bào)警功能及一定的錯(cuò)誤自處理功能，具有自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、適用范圍廣等性能優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：視覺檢測測控系統(tǒng)自動(dòng)化LabVIEW軟件平臺(tái)