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摘要 ;  包裝行業(yè)近年來迅速發(fā)展，下游產業(yè)對紙盒天地蓋品質和產能的需求不斷增加。客戶對產品外包裝有多樣化和 高度定制化的需求，并同時面臨勞動力成本上升帶來的壓力。為應對這些挑戰(zhàn)，紙盒天地蓋生產商通過部署自 動化控制解決方案來降低生產成本，簡化流程，加速生產，提高效率，滿足客戶多樣化的設計生產需求，保持 市場競爭力和企業(yè)持續(xù)盈利能力。

文/深圳市正運動技術有限公司

1 市場應用背景
紙盒天地蓋是一種常見的包裝形式，它是一種由更耐用、 更厚的紙板或紙板材料制成的包裝硬盒，經過預組裝，因此結 構堅固、穩(wěn)定，不易折疊或凹陷，通常用于高端包裝領域，如 消費電子、食品禮盒、奢侈品、化妝品等產品硬盒包裝。
包裝行業(yè)近年來迅速發(fā)展，下游產業(yè)對紙盒天地蓋品質 和產能的需求不斷增加。客戶對產品外包裝有多樣化和高度 定制化的需求，并同時面臨勞動力成本上升帶來的壓力。

                                                                               多類紙盒天地蓋示意圖

為應對這些挑戰(zhàn)，紙盒天地蓋生產商通過部署自動化控 制解決方案來降低生產成本，簡化流程，加速生產，提高效 率，滿足客戶多樣化的設計生產需求，保持市場競爭力和企 業(yè)持續(xù)盈利能力。
紙盒天地蓋成型的制作工序主要包括上料、折邊、上 膠、定位貼合和盒體成型等。其中，“天地蓋定位貼合”最 考驗精度與速度，是關鍵的一步，對最終產出的產品外觀一 致性和成型的品質起決定性作用。

2  市面上常見的紙盒天地蓋貼合方案

早期傳統(tǒng)的紙盒天地蓋組裝作業(yè)模式，主要依賴人工進 行加工，工人操作強度大，工序繁瑣，生產效率低，一致性 和穩(wěn)定性難以保證。
隨著市場對產能要求的提高，市面上普遍使用全自動紙 盒天地蓋成型設備。通常采用“機械手本體 + 機械手電柜 + 機器視覺”的組合方案，實現(xiàn)自動定位貼合操作。
受限于傳統(tǒng)多組件集成方式，往往會面臨以下問題： · 配件多、接線繁瑣、故障排查麻煩、開發(fā)周期長； · 視覺與運動控制之間的數據交互效率不高；
· 軟硬集成度不高，功能整合度低； · 多套硬件初始成本和維護成本高。

                                                                           傳統(tǒng)方案機械手組合

3  正運動技術解決方案

正運動技術根據市場需求，開發(fā)了基于VPLC系列視覺運 動控制一體機和RTFuse開放式視覺運動控制解決方案所拓展 的視覺SCARA天地蓋貼合解決方案，實現(xiàn)即插即用一站式解 決方案，貼合精度可達±0.15mm。
在可簡化SCARA天地蓋貼合的“視覺+運動控制+SCARA 機械手控制”項目實施過程中，可同時有效提升生產效率和良 率，靈活應對多樣化、定制化的包裝需求，并降低對人工的 依賴

正運動技術解決方案         

     
·支持單物料定位與雙物料定位，多種天地蓋貼合的模式；
· 易學，易懂，易操作，專機專用細分行業(yè)視覺運動控 制解決方案；
· 支持靜態(tài)視覺定位與動態(tài)視覺跟隨定位貼合，貼合速 度更快、精度更高；
· 一鍵式視覺標定，即可快速進行等待位、取料位、貼 合位等，簡易示教式操作；
· 軟硬件集成度高，VPLC7系列控制器集成SCARA機械 手控制、機器視覺、工控機、輸入輸出控制與編碼器軸控制 于一體，替代傳統(tǒng)的機械人“電柜箱+工控機+PLC”等，可降 低軟硬件初始采購和維護成本，提高數據交互速率。

4   VPLC7系列機器視覺運動控制一體機介紹
VPLC7系列是基于x86架構的EtherCAT總線視覺運動控 制器，跨平臺部署，支持脫機運行，內置豐富的視覺和運動 控制功能，大幅簡化配置流程，核內數據交互速度快，顯著 降低時間和成本投入，提高項目實施效率。
該控制一體機的安裝與拆卸過程便捷，占地空間小，能 與其他控制單元部件（如伺服驅動器、傳感器、編碼器、控 制閥等）和MES系統(tǒng)無縫集成，提供一體化開放式IPC形態(tài)的 實時軟控制器/軟PLC集成的機器視覺+運動控制解決方案。

VPLC7 系列機器視覺運動控制一體機

· 可選6-64軸運動控制（脈沖+EtherCAT總線）， EtherCAT周期最快可達125us；
· 搭載強實時運動控制內核MotionRT750，內核交互， 指令調用快至us級，支持第三方視覺軟件；
· 支持EtherCAT冗余功能，解決單點故障停機，自動診 斷并持續(xù)運行，增強系統(tǒng)可靠性，簡化維護工作；
· 多核并行運算，能夠高效處理運動控制、機器視覺等 自動化設備核心任務；
· 板載20路通用輸入（其中10路為高速輸入），20路高 速輸出；
· 支持多種通訊接口，方便客戶集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。

5 機器視覺運動控制一體機在視覺SCARA天 地蓋貼合的解決方案
（1）正運動視覺SCARA天地蓋貼合解決方案設計

                                                         正運動視覺 SCARA 天地蓋貼合方案拓樸圖

· 20DI：來料傳感器、相機拍照信號、負壓表、拍盒傳 感器等；
· 20DO：吸氣、吹氣、鏟刀、壓盒、夾盒、三色燈蜂鳴 器等；
· EtherCAT接口：接EtherCAT總線驅動器，控制SCRAR 機械手等其它控制軸；
· 4路單端脈沖輸出、2路本地差分脈沖軸：接步進/脈沖 驅動器；
· RS232通訊接口：第三方產品通訊；
· EtherNET接口：千兆網口，接Gige面陣相機，實現(xiàn)視 覺定位貼合應用。

（2）機器視覺與運動控制實現(xiàn)過程
①機器視覺

                                                                             系統(tǒng)設置界面圖

經過上膠的面紙隨著傳送帶輸送至相機下方，觸發(fā)相機 拍照，進行視覺拍照定位，獲取面紙位置坐標和角度信息， 并在坐標系數校準完成后，向SCARA機械手輸出面紙的實際 坐標信息。隨后，機械手從固定的紙盒上料位抓取紙盒，并 引導機械手執(zhí)行高精度的紙盒天地蓋定位貼合作業(yè)。
②運動控制
上膠后的面紙經傳送帶輸送至指定天地蓋定位貼合工位 時，控制器通過IO信號觸發(fā)相機進行拍攝，相機完成面紙的 拍攝和處理后，SCARA機械手根據視覺坐標數據，沿預設加 工軌跡移動。
在整個過程中，控制器對SCARA機械手各關節(jié)軸進行實 時位置、速度、加速度、吸力等參數的同步控制，防止抓取 過程中產生滑移或偏移，并實現(xiàn)更平滑的運動軌跡，完成高 精度貼合動作。
（3）視覺SCARA天地蓋貼合工藝流程

（4）解決方案硬件配置

6 機器視覺運動控制一體機在視覺SCARA天 地蓋貼合應用的優(yōu)勢

· 成本效益與空間優(yōu)化：高度集成機械手、運動控制、 機器視覺、IO控制等，無需額外配置工控機，節(jié)約成本并減 少安裝空間，縮短項目周期與提高技術難度處理速度；
· 高精度貼合：配合高精度視覺采集系統(tǒng)，貼合精度可 達±0.15mm，避免因人工操作導致的貼合偏差或返工，提高 效率和良品率；
· 自動化程度高，降低用人成本：人機交互界面簡單易 用，拖拽式編程和可視化設置降低培訓難度，減少對操作人 員的依賴；
· 柔性生產，快速換線：可覆蓋不同紙盒或面紙尺寸規(guī) 格的貼合作業(yè)，滿足多樣化、定制化生產，當工藝要求變化 時，僅需調整參數程序，無需更換硬件等；
· 統(tǒng)一開放的API函數接口：用戶自行開發(fā)更靈活、更 高效。