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 MarkingⅡhas been developed successfully based on half-automaticOPTMV-Laser MarkingⅠ.Personal computer（PC）is the central part of control units.Making used of softwareof LabVIEW,the system of products inspection and marking is constructed by compounding resources of computerhardware and instruments of test&control,such as laser-marking,industrial camera,manipulator and so on.Both ofhardware and software of this equipment are designed normally,wholly and blocky.This equipment can accordinglyand orderly completes the operations of loading,inspection,marking and unloading.It also has the functions ofalarming 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 LabVIEW 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。

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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：<50μm，<0.5°；机械定位精度：<0.3mm；标刻重复性：>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
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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

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