VPLC7機器視覺運動控制一體機在三軸SCARA機械手螺絲鎖付的應用

市場應用背景

近年來，螺絲鎖付市場需求持續(xù)增長，特別是在3C消費電子、汽車組裝及家電等領(lǐng)域裝配生產(chǎn)線上。產(chǎn)品設(shè)計的多樣化、精細化，推動制造型企業(yè)對螺絲鎖付的精度、效率和產(chǎn)線柔性化等提出了更高要求，促進了SCARA機械手螺絲鎖付技術(shù)的廣泛應用，顯著提升螺絲擰緊效率和精度，減少了對人工的依賴，并有效實現(xiàn)了批量組裝及靈活換料換線生產(chǎn)。

市面上常見的螺絲鎖付方案局限性：

市面上常見的螺絲鎖付方案，包括手持電批和多軸模組臺式螺絲鎖付設(shè)備，雖然廣泛應用于多種緊固場景，但它們在滿足高或特定扭矩精度需求，同一工位擰緊多種類型螺絲，以及快速產(chǎn)品切換和混料生產(chǎn)等方面需求存在一定的局限，都可直接影響鎖付工藝流程的效率和質(zhì)量管控。

正運動技術(shù)解決方案：

正運動針對以上市場需求，特此開發(fā)了一款基于VPLC7機器視覺運動控制一體機的三軸SCARA機械手螺絲鎖付應用解決方案，易于集成至客戶現(xiàn)有裝配線，提供獨立操作站點，可根據(jù)生產(chǎn)需求自動切換工藝配方或工位調(diào)整，同時支持間歇性或連續(xù)大批量生產(chǎn)，適用于平面、沉孔和側(cè)邊的螺絲鎖付，配合視覺采集系統(tǒng)，即可實現(xiàn)高速高精的螺絲鎖付應用。

方案支持機械手執(zhí)行單個/多個批頭鎖付任務，可靈活更換批頭以適配不同類型的螺絲，可設(shè)置不同的鎖附工藝（如扭力、轉(zhuǎn)速、鎖附高度、退釘?shù)龋?strong>提供鎖付全程實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，包括鎖螺絲的扭力、圈數(shù)、鎖付狀態(tài)、鎖付結(jié)果、浮高高度、鎖付高度、鎖付時間等，做到每鎖一顆螺絲即可生成鎖付結(jié)果。

機器視覺運動控制一體機通過直接控制機器人來縮短循環(huán)時間，實現(xiàn)系統(tǒng)的集中管理，并提高鎖付良率至99.6%。

01 VPLC7機器視覺運動控制一體機在三軸SCARA機械手螺絲鎖付的應用

1、傳統(tǒng)的機械手螺絲鎖付方案

傳統(tǒng)的機械手螺絲鎖付方案通常采用機器人驅(qū)動控制一體機+PLC+視覺系統(tǒng)的組合方案，存在以下問題：

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(shù)據(jù)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。

2、正運動技術(shù)SCARA螺絲鎖付方案設(shè)計

20DI：接倍數(shù)鏈工作站阻擋位、來料傳感器信號，以及電批、供料器報警信號；

20DO：接螺絲供料器，高速輸出口接工業(yè)相機的硬觸發(fā)輸入；

EtherCAT接口：接EtherCAT總線驅(qū)動器，控制SCARA機械手；

4路單端脈沖輸出：接步進/脈沖驅(qū)動器，可控制其他附加軸；

RS232通訊接口：接電批、測微計、光源控制器；

EtherNET接口：千兆網(wǎng)口，接支持Gige協(xié)議的面陣相機，實現(xiàn)視覺定位糾偏應用。

3、運動控制與機器視覺實現(xiàn)過程

（1）機器視覺

在三軸SCARA機械手螺絲鎖付過程中，機器視覺系統(tǒng)首先獲取當前來料產(chǎn)品的位置，隨后通過對批頭、相機中心標定，得出標定系數(shù)，進行雙Mark點定位糾偏，當產(chǎn)品的位置和角度發(fā)生變化時，可以自動計算出糾偏螺絲鎖付工件的螺絲緊固點位所需的偏移量，以確保機械手能夠準確移至螺絲鎖付點位，從而實現(xiàn)螺絲鎖付操作的精準定位。

（2）運動控制

通過預設(shè)規(guī)劃的SCARA機械手路徑，機械手執(zhí)行拱形運動和點到點運動控制。控制系統(tǒng)會精確調(diào)整機械手臂的關(guān)節(jié)速度，確保其按照預定軌跡準時到達目標位置。

一旦產(chǎn)品到達緩存位，機械手首先檢查本工位是否有料。如無產(chǎn)品，機械手則將產(chǎn)品放行至該工位。產(chǎn)品到位后，進行雙Mark拍照定位，并計算坐標偏移，以便SCARA機械手能夠根據(jù)實際情況實時動態(tài)調(diào)整目標螺絲緊固位置，完成鎖付操作。

鎖付完成后，機械手等待下一工位的放行信號。一旦接收到放行信號，機械手便控制傳送帶將產(chǎn)品送至下一工位，并再次檢查緩存位是否有料，繼續(xù)執(zhí)行上述流程。

4、SCARA機械手螺絲鎖付工藝流程

5、方案核心優(yōu)勢

集成了機器視覺、運動控制、IO控制和機械手控制于一體，接線更方便，成本更低；

運動控制實時內(nèi)核，核內(nèi)交互，指令調(diào)用速度快至us級，提升加工效率；

內(nèi)置30+機械手類型算法，客戶使用更方便，提升工程師開發(fā)效率；

提供可視化機械手螺絲鎖付軟件，程序調(diào)試工藝步驟更簡單更快，鎖付過程實時監(jiān)測，提供滑牙、浮高等檢測，良率高達99.6%，實現(xiàn)更穩(wěn)定的“打螺絲”；

解決不同產(chǎn)品角度來料，實現(xiàn)生產(chǎn)效率與精度的大幅度提升，提高生產(chǎn)線的柔性與自動化水平；

提供一鍵自動標定功能，即可快速實現(xiàn)工件鎖付位置的視覺糾偏，提高生產(chǎn)效率。

6、解決方案硬件配置

02 VPLC7系列機器視覺運動控制一體機

正運動技術(shù)VPLC7系列機器視覺運動控制一體機是一款基于x86平臺和Windows操作系統(tǒng)的高性能機器視覺EtherCAT運動控制器，可脫機運行，支持豐富的IO控制，30+機器人算法，以及視覺和運動控制功能，大幅簡化視覺與運動控制項目的配置流程。

VPLC7系列機器視覺運動控制一體機的安裝與拆卸過程便捷，占地空間小，還能與其它控制單元部件（如伺服驅(qū)動器、傳感器、編碼器、控制閥等）和MES系統(tǒng)無縫集成，提供一個完整端到端的視覺運動控制解決方案。

可選6-64軸運動控制（脈沖+EtherCAT總線）

內(nèi)置實時內(nèi)核MotionRT7，支持第三方視覺軟件

板載20路通用輸入(其中10路為高速輸入)，20路高速輸出

提供一體化開放式IPC形態(tài)的實時軟控制器/軟PLC集成的視覺+運動控制解決方案

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(shè)備核心任務

03 提供易用的可視化RTFuse機器人系統(tǒng)平臺

RTFuse機器人系統(tǒng)是一款面向機械手市場推出的系統(tǒng)級軟件，支持市面上主流的Scara、Delta、六關(guān)節(jié)、協(xié)助、直角坐標等多種機械手類型。

軟件整合了可視化的運動控制、IO邏輯控制、通訊交互、機器視覺等功能，用戶可在示教器上通過系統(tǒng)內(nèi)豐富的工具進行純圖形化編程，無需編寫代碼即可輕松實現(xiàn)中文示教一站式編程開發(fā)。

RTFuse機器人系統(tǒng)平臺產(chǎn)品優(yōu)勢

技術(shù)門檻低

拖拽式中文組態(tài)系統(tǒng)編程，經(jīng)過簡單培訓，應用工程師可輕松上手。從上至下執(zhí)行項目控制流程，機械手位置手動示教。

系統(tǒng)開放性強

支持多線程控制，除機械手控制外，也可以控制其它附加軸、IO邏輯控制、通訊交互等，一個控制器即可完成。

軟硬件集成性強

集成EtherCAT總線、脈沖混合控制，機器視覺、運動控制，集軟硬于一體易于設(shè)備調(diào)試與排除問題。

企業(yè)用人成本低

一人即可調(diào)試設(shè)備的運動控制、視覺、IO邏輯控制等，解決工程人員流失、用人成本高等問題。

審核編輯 黃宇