視覺自動(dòng)鎖螺絲機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)制造流水線中使用比較廣泛的自動(dòng)化產(chǎn)品，針對(duì)生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行螺絲鎖付的工序，通過機(jī)器視覺系統(tǒng)對(duì)螺孔進(jìn)行圖像的采集、分析和處理，對(duì)螺孔進(jìn)行定位，并進(jìn)行螺絲鎖付。

視覺鎖螺絲機(jī)系統(tǒng)主要分采集處理環(huán)節(jié)和動(dòng)作執(zhí)行環(huán)節(jié)。采集處理的核心是PC上位機(jī)，它具備獲取圖像、運(yùn)算處理、與CMC運(yùn)動(dòng)控制器交互的功能。動(dòng)作執(zhí)行環(huán)節(jié)的核心是CMC運(yùn)動(dòng)控制器，它能根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的坐標(biāo)位置控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)到指定的位置，再借助真空吸嘴與螺絲槍完成擰螺絲。通過CMC運(yùn)動(dòng)控制器的I/O接口，能與常用的I/O設(shè)備交互來獲取實(shí)際生產(chǎn)狀況。另外基于工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的方便操作與觀察，HMI就發(fā)揮了便利的作用，它能與CMC運(yùn)動(dòng)控制器相互交互數(shù)據(jù)，便于臨時(shí)修改參數(shù)和運(yùn)行信息的觀察。

01   系統(tǒng)架構(gòu)

1.1  CMC運(yùn)動(dòng)控制器

本方案執(zhí)行機(jī)構(gòu)的核心采用MCS-210運(yùn)動(dòng)控制器。MCS-210運(yùn)動(dòng)控制器是基于CMC芯片開發(fā)的，是支持G代碼編程的4軸高性能獨(dú)立式運(yùn)動(dòng)控制器。MCS-210提供了4軸電機(jī)控制輸出接口、4路編碼器輸入接口、1路手輪軸、通用I/O信號(hào)接口、高速PWM信號(hào)接口。以及提供了10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口、RS485、RS232、CANopen等通訊接口。同時(shí)還具備ADC、DAC輸入輸出接口，支持外部SD卡存儲(chǔ)功能，內(nèi)置FRAM，F(xiàn)LASH芯片。

在運(yùn)動(dòng)控制方面，MCS-210支持四軸三聯(lián)動(dòng)、空間直線插補(bǔ)、平面圓弧插補(bǔ)、JOG 點(diǎn)動(dòng)、機(jī)械原點(diǎn)回歸、可變速運(yùn)行、直線加減速、S曲線加減速等功能。

MCS-210運(yùn)動(dòng)控制器

鎖螺絲機(jī)采用X、Y軸作為平移軸，采用直線插補(bǔ)方式。Z軸帶動(dòng)螺絲槍在垂直方向運(yùn)動(dòng)，單軸加減速方式。每個(gè)軸配備三個(gè)接近開關(guān)，正、負(fù)限位和原點(diǎn)。上位機(jī)下發(fā)工位坐標(biāo)后，三軸帶動(dòng)螺絲槍和真空吸嘴，去指定取料位置取料然后去設(shè)定位置擰螺絲。

1.2    PC上位機(jī)

工業(yè)生產(chǎn)中常采用工控機(jī)作為主機(jī)來運(yùn)行上位機(jī)平臺(tái)。它具備眾多通訊接口，能通過網(wǎng)口或USB口獲取工業(yè)相機(jī)的信息，能通過網(wǎng)口(TCP/IP)與下位機(jī)通訊。此外它也能運(yùn)算和處理數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶新建模板后，上位機(jī)會(huì)把之后獲取的圖片與模板庫對(duì)比，自動(dòng)識(shí)別出對(duì)應(yīng)哪套模板，并下發(fā)坐標(biāo)信息和啟動(dòng)信號(hào)給下位機(jī)。

1.3  運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)軸，根據(jù)CMC運(yùn)動(dòng)控制器下發(fā)的坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)物料在水平面、垂直方向的輸送。

1.4   I/O設(shè)備

工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)字量輸入輸出設(shè)備是必不可少的。系統(tǒng)中將各類按鈕、軸的原點(diǎn)、正負(fù)限位開關(guān)作為輸入信號(hào)，將三色燈、指示燈、螺絲槍方向控制等作為輸出信號(hào)。

1.5    真空吸嘴與螺絲槍

作為加工的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，真空發(fā)生器產(chǎn)生負(fù)壓吸住螺絲，到達(dá)指定位置后開啟螺絲槍擰緊螺絲。螺絲槍的下降速度與高度、正反轉(zhuǎn)擰緊/松、扭矩可在上位機(jī)或觸摸屏中配置。

1.6   工業(yè)相機(jī)

工業(yè)相機(jī)主要用于拍照，能通過USB線與工控機(jī)連接并將圖像信息傳給上位機(jī)。關(guān)于攝像頭，需結(jié)合實(shí)際拍攝距離和角度，選型時(shí)注意供電和通訊接口、分辨率、鏡頭焦距、色彩類型、像素值等關(guān)鍵參數(shù)。

1.7   HMI

在系統(tǒng)組網(wǎng)中HMI也承擔(dān)著主站的角色，它與CMC運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，能夠修改PC上位機(jī)下發(fā)的值，以及能夠存儲(chǔ)一些數(shù)據(jù)和日志信息。對(duì)于現(xiàn)場操作人員，使用極為方便。

02  系統(tǒng)使用方法

2.1   上位機(jī)端配置

對(duì)于新的產(chǎn)品，需要對(duì)其建立模板。根據(jù)XY軸的機(jī)械原點(diǎn)，首先在水平操作面上定義視覺識(shí)別的原點(diǎn)，再定義物理單位mm與像素的比例關(guān)系。之后根據(jù)打孔的先后順序，依次框選照片中的孔位，同時(shí)需要設(shè)置每個(gè)孔位的參數(shù)。

具體的系統(tǒng)使用流程如下：

2.2   觸摸屏使用

與上位機(jī)一樣，觸摸屏在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中也充當(dāng)主站的作用，與PC上位機(jī)和CMC運(yùn)動(dòng)控制器采用ModbusTCP通訊。通常設(shè)立在加工現(xiàn)場方便操作人員使用。

觸摸屏中可觀察系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況、配置參數(shù)及查詢報(bào)警信息等。

03   優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

04   系統(tǒng)接線圖