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　　在工業生產過程中，由于生產條件和運輸環境中的不可控因素，很容易產生一些外觀劃痕、壓傷、擦掛、大小不一等缺陷，在對大批量產品進行質量檢測時，常規的人工檢測不僅速度慢、精度低，還會因視覺疲勞導致錯檢、漏檢。面對激烈內卷的市場競爭，企業對產品的質量、外觀、產能等提出了更高的要求，并且在招人難、用工成本高等各種因素驅動之下，人工檢測轉變為機器視覺智能檢測已是勢在必行，全自動智能化的外觀檢測和分選應用催生了龐大的市場需求。

　　文/深圳市正運動技術有限公司

　　全自動CCD光學篩選機，是針對各種散件的尺寸、外觀等缺陷而研發的檢測設備。采用振動盤上料機構全自動輸送物料到玻璃轉盤，機器視覺系統對物料進行視覺檢測，運動控制卡完成轉盤的恒速旋轉以及物料位置的編碼器反饋、硬件位置比較輸出對不同位置的CCD相機和吹氣口裝置進行控制，實現全自動的多面外觀和尺寸檢測篩選，可以大幅度提高生產效率和節省用工成本

　　全自動CCD光學篩選機針對散件檢測，廣泛應用于有攝像頭零部件、鋰電池零部件、磁性材料、電子原件、塑料橡膠制品、螺絲螺母、電子元器件、精密五金件等。

常見檢測產品

　　1 全自動CCD光學篩選機

　　(1)全自動CCD光學篩選機的原理

　　全自動CCD光學篩選機，通過振動盤將各類散件輸送到高透明玻璃轉臺，然后通過入口處光纖傳感器檢測轉臺感應的工件物料，再通過XPCIE1028運動控制卡的高速鎖存輸入口記錄來料的實際位置，當轉盤轉動到相機位置時，XPCIE1028運動控制卡通過高速輸出口觸發相機拍照，然后視覺處理運算。

　　機器視覺檢測系統采用CCD工業相機將被檢測的目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號，圖像處理系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如面積、數量、位置、長度等，再根據預設的允許度和其他條件輸出結果，包括尺寸、角度、個數、合格/不合格、有/無等，實現自動識別功能。根據產品的實際尺寸，其篩選速度，根據不同產品尺寸和檢測要求，能達到200-12000pcs/min的篩選速度。

全自動CCD光學篩選機示意圖

　　(2)運動控制系統

　　基于運動控制器/運動控制卡的的全自動CCD光學篩選機系統，相比于傳統的PLC+觸摸屏方案，更集成化，響應更快，效率更高，在玻璃轉盤快速運動的時候，也能通過視覺飛拍拍攝物料進行視覺處理,在滿足檢測精度的同時，提高檢測和分選的產能。

　　正運動技術XPCIE1028運動控制卡通過專有脈沖+編碼器反饋軸接口控制伺服電機，實現轉盤的旋轉，并實時記錄編碼器的反饋位置;高速輸入口接光纖傳感器，感應并記錄物料的位置;高速輸出口可接1-12個相機進行視覺飛拍，檢測物料的合格與不合格;同時高速輸出口可接1-8個吹氣裝置，及時對視覺檢測的結果進行相應處理分類。

　　XPCIE1028 在光學篩選機上硬件方案1 (8相機+8排料)

　　XPCIE1028 在光學篩選機上硬件方案2 (12相機+4排料)

　　(3)視覺系統

　　該系統主要由相機、鏡頭、光源、光源控制盒、視覺處理系統等組成。根據運動速度的快慢不同，對相機的拍照響應時間、曝光時間以及鏡頭光圈、像素和光源等都有一定的要求，完成不同產品的測量和檢測等視覺功能。

　　2 XPCIE1028運動控制卡在全自動CCD光學篩選機應用中的優勢

　　(1) XPCIE1028運動控制卡硬件和功能

　　XPCIE1028運動控制卡是正運動技術推出的針對全自動CCD光學高速篩選行業的一款專用運動控制卡，硬件自帶8路高速輸入和多達16路高速硬件位置比較輸出，4路脈沖輸出+編碼器反饋，非常匹配應用于1-12個相機+多個高速吹氣口的全自動CCD光學篩選機等設備上使用。

　　XPCIE1028運動控制卡可以通過ZDevelop下的Basic語言或者 PC上位機調用API函數庫來實現運動控制。ZDevelop 低門檻的IDE開發環境，集開發、調試、診斷于一體，完善的工藝包，滿足了現代工業應用中集成化、模塊化、智能化的需求。另外，XPCIE1028運動控制卡的通用性，也可以用PC軟件，比如C#、C++、LabVIEW、VB、.NET、Python、Qt等第三方軟件調用同一套API函數庫來開發。

XPCIE1028運動控制卡產品架構

　　XPCIE1028運動控制卡的功能包括：

　　l 板載28+2點通用輸入，32+2點通用輸出，其中8路高速輸入和16路高速輸出;

　　l 板載4路脈沖輸出，其中一路專用脈沖軸接口(差分脈沖輸出+編碼器反饋);

　　l 多達16路精準輸出、硬件位置比較輸出，機器視覺飛拍檢測和篩選吹氣高速輸出，可根據需求分配;

　　l 支持8路高速鎖存輸入口，可記錄轉盤來料位置;

　　l 支持電子凸輪、直線插補、圓弧插補、連續軌跡加工等復雜的運動控制。

　　(2)XPCIE1028運動控制卡的優勢——效率

　　XPCIE1028運動控制卡需要配合正運動技術自主自研Windows運動控制實時內核MotionRT7使用，相比于傳統的PCI/PCIE運動控制卡，MotionRT7的快速本地LOCAL接口，API運動函數調用比普通PCI卡快數十倍，解決Windows的非實時性“痛點”，大幅提升效率和產能。

MotionRT7模塊化軟件架構

　　MotionRT7實時內核是將一部分PC的硬件資源直接配置占用，如CPU處理器的部分運算核心，一小部分內存，部分網口、串口等等，使得MotionRT7實時系統和Windows系統共同運行在一臺PC上。在MotionRT7實時系統里的功能模塊處理運動控制或機器視覺等自動化設備核心任務，其他的模塊或用戶自己的功能(如PC界面或者MES等)運行在Windows上，利用CPU強大的算力和MotionRT7實時內核，實現核內之間高效的數據交互，大大提升交互效率和穩定性。

　　表1 與傳統PCI/PCIE卡和PLC的測試數據結果對比

　　可以從測試對比結果看出，MotionRT7在LOCAL鏈接(核內交互)的方式下，指令交互的效率是非常穩定，當測試數量從1w增加到10w時，單條指令交互時間與多條指令交互時間波動不大，非常適用于全自動CCD光學篩選機等高速高精的應用。

　　3 XPCIE1028運動控制卡在全自動CCD光學篩選機中的方案實現

　　(1)方案硬件配置(見表2)

　　(2)硬件位置比較輸出——視覺飛拍應用

　　在玻璃轉盤的轉動過程中，物料通過每一個相機，都要進行物料的正反面或者側面等視覺測量與檢測等，傳統的做法是運動到每一個相機位置，轉盤停下來，視覺系統拍照處理。可是拍攝需要時間，往往造成設備不需要的停頓動作和時間消耗，對產能產生嚴重的影響。

定拍V-T圖

　　使用視覺飛拍技術，當物料轉動到相機拍攝位置時，由運動控制器內部觸發相機，進行動態無停頓拍照，微秒級的拍攝速度，數毫秒間輸出視覺運算結果OK或者NG，回傳給控制器，確定是OK吹氣口工作還是NG吹氣口工作，實現篩選的目的。XPCIE1028運動控制卡支持16路硬件比較輸出，既保證效率，又確保了精準度。

飛拍V-T圖

　　(3)系統動作流程

　　①待檢產品上料

　　根據物料的類型，選擇相應的振動盤將各類散件輸送到高透明玻璃轉臺上，其中旋轉臺是以某一設定的速度在恒速旋轉。

　　②感應物料并記錄位置

　　當傳感器感應到物料，基于FPGA的高速鎖存口記錄物料當前位置。

　　③相機觸發拍照

　　通過高速鎖存口鎖存的位置，計算出各個相機的位置，由運動控制器內部硬件位置比較輸出觸發相機，進行視覺飛拍。

　　④視覺系統處理

　　對拍照的物料圖片進行視覺檢測、測量、識別等功能，并傳輸OK或者NG信號給到運動控制器。

　　⑤吹氣篩選

　　根據視覺系統反饋給運動控制器的結果，以及通過感應器鎖存的物料的位置計算出吹氣口的位置，由運動控制器內部硬件位置比較輸出控制吹氣口，進行篩選OK或者NG。

　　4 全自動CCD光學篩選機的運動控制功能和調試工具

　　(1)核心功能特點

　　①高速鎖存功能

　　通過高速輸入口，鎖存轉盤上來料的編碼器實時位置。

　　②視覺飛拍-硬件位置比較輸出

　　根據鎖存位置，算出相機觸發的位置，實現視覺飛拍。

　　③高速吹氣-硬件位置比較輸出

　　根據鎖存位置，算出吹氣口的位置，實現轉盤不停頓吹氣篩選分類。

　　基于運動控制器的轉盤視覺篩選功能實現原理

　　(2)完整易用的運動控制篩選調試全套工具

　　針對XPCIE1028運動控制卡在全自動CCD光學篩選機上的應用，正運動技術提供完整的專用篩選機調試軟件，只需要進行簡單的參數設置，搭配相機和視覺處理軟件，就可以快速實現全自動CCD視覺篩選，縮短開發周期，降低開發成本。

　　l 預留1-12個相機輸出口編號，每個相機可以單獨設置輸出口、觸發時間等參數;

　　l 預留1-8個吹氣輸出口編號，每個電磁閥可以單獨設置輸出口、觸發時間等參數;

　　l 來料物件篩選，最大值最小值設置;

　　l 電機參數設置，方便客戶根據不同機型，自由配置參數;

　　l 物件檢測存儲上千組觸發數據,保證來料檢測記錄的效率和準確度;

　　l 每個相機存儲上百組觸發數據，提升視覺處理的效率和穩定性;

　　l 智能數據檢測，合格件、不合格件、物料丟失、物料誤吹等計數。

相機設置　　

排料設置

　　5 XPCIE1028運動控制卡在全自動CCD光學篩選機應用上的亮點總結

　　l 來料在機器視覺檢測和測量過程中，機構不用停下來，相比靜態拍照，減少機臺CT，提高效率;

　　l 高速鎖存輸入口配合使用，進一步提升設備的物料分選精準度和效率;

　　l 多達16路高速硬件位置比較輸出口，適合1-12個相機和多路排氣裝置的全自動CCD光學篩選機的場合，同樣也適用于其他光學檢測設備的應用;

　　l 可通過PC上位機(C#/C++/.NET/Python/Qt…)調用API函數和下位機Basic混合編程，相比于傳統的PLC+觸摸屏方案，集成化更高，性價比更好，響應更快，效率更高;

　　l 配合MotionRT7使用，相比于傳統的PCI/PCIE運動控制卡，MotionRT7的快速本地LOCAL接口，API運動函數調用比普通PCI卡快數十倍;

　　l 解決Windows的非實時性痛點，大幅提升效率和產能;

　　l 提供整套運動控制硬件+免費調試工具包，縮短開發周期，降低開發成本。