新一代全自动视觉激光打标机的研究和开发.pdf

新一代全自动视觉激光打标机的研究与开发 杨伟志，黄佐华 华南师范大学物理与电信工程学院，广东广州(510631) E-mail ：yangwedzu1009@163.com 摘 要：在第一代半自动视觉激光打标机的基础上成功研发新一代全自动视觉激光打标机。 该设备以 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、机械手等测试与控制（以下简称测控）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 中图分类号：TP23 1. 引言 [1] 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，高精度的产品检测与标记设备成为必然的发展趋势。 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、下料四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] 。 2. 机械系统 2.1 性能要求 该系统结构设计要求紧凑，以节省场地。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 机械系统结构设计 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几个主要部分组成： 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。机架主要用于固 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 度旋转，使工件夹具切换到不同的工位。夹具用于装架工件，以完成各 个工序，夹具可作 180 度旋转，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。 - 1 - 图1 全自动视觉激光打标机工作平台 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与仪器与测 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[3] 。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、图解采 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（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送、 外部信号的监控等等。 图2 测控系统结构图 运动控制卡采用步进机电有限公司生产的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