摘要：全自動視覺激光打標機以LabVIEW為軟件開發平臺，以PC機為控制主體，整合計算機硬件資源與激光器、工業相機、機械手等測控硬件資源，采用軟硬件標準化、一體化、模塊化設計，構建產品檢測與標記系統，實現上料、檢測、打標、下料等工序的一體化、流程化操作。且具備完善的保護報警功能及一定的錯誤自處理功能，具有自動化程度高、生產效率高、適用范圍廣等性能優勢。

關鍵詞：視覺檢測測控系統自動化LabVIEW軟件平臺

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引言隨著技術和市場競爭日趨激烈，質量正成為產品最大的競爭力。產品檢測與標記是產品生產中質量保證的關鍵環節。隨著生產的不斷發展和工藝要求的不斷提高，研發自動化程度高、快速、高效及高精度的產品檢測與標記設備成為必然趨勢。新一代全自動視覺激光打標機基于機器視覺的智能視覺檢測原理，以LabVIEW為軟件開發平臺，構建產品檢測與標記系統，是用于集成電路基板檢測和激光標記的專業設備。該設備的上料、檢測、打標、下料4個工位同時運轉于工作平臺，有機協調，能夠高精度、高速度完成產品檢測與標記任務，加上完善的感應觸發裝置及保護報警功能，可以實現無人作業，真正實現自動化操作，是集光、機、電、計算機、機器視覺、自動控制等技術為一體的檢測設備。

2機械系統設計2.1性能要求該系統結構設計要求緊湊，同時采用一體化設計，可以大大降低由于機臺間相對移動而對精度造成的影響。在夾具及機械手的設計上采用模塊化設計，可快速更換夾具，以達到檢測不同尺寸的產品或不同類型的產品的要求，提高系統的擴展性及適用性。2.2機械系統結構全自動視覺激光打標機由兩大部件構成，即控制平臺及工作平臺。控制平臺主體為PC機，包括雙CPU高性能主機（含各種所需插卡及接口）、17英寸液晶顯示器、控制鼠標、控制鍵盤及光源控制器等。工作平臺如圖1所示。該工作平臺主要由以下部分組成：機架、旋轉臺、夾具、裝料區、上下料機械手、激光器、攝像機及光源等。機架用于固定激光器、旋轉工作臺、上下料機械手等。機架保證各個部分的相對位置，以及整臺機器的剛性。旋轉臺可360°旋轉，使工件夾具切換到不同的工位。夾具用于裝夾工件，以完成各個工序，夾具可作180°旋轉，以便于正反面打標。上料區完成工件的自動/手動補料。上下料機械手負責上下料工作。激光器負責激光標刻工作，固定于機架上。攝像機及光源構成視覺檢測系統，完成工件圖像的采集工作。激光器

3測控系統研究3.1測控系統全自動視覺激光打標機測控系統結構如圖2所示。該系統將計算機硬件資源、儀器與測控系統硬件資源有機整合，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起。測控系統以不同的方式實現各工作單元的通信與控制。運動控制卡、圖像采集卡等上位控制單元與PC機構成主從式控制結構。PC機負責人機交互界面的管理和測控系統的實時監控等方面的工作，如鍵盤和鼠標的管理、系統狀態的顯示、控制指令的發送、外部信號的監控等。激光器以太網原點開關感應開關限位開關外部按鈕電纜驅動器1驅動器2電機1旋轉臺電機2條形LEDCCD攝像機數字光源控制器圖像采集卡OUTPUT圖2測控系統結構圖運動控制卡采用MPC07SP運動控制卡。該卡是基于PCI總線的步進電機或數字式伺服機的上位控制單元，通過交流伺服驅動器完成步進電機運動控制的所有細節（包括脈沖和方向的輸出、自動升降帶的處理及原點和限位信號的檢測等）。同時，通過該卡的專用輸入、外接原點、限位等開關信號，以實現回原點、保護等功能。該卡提供通用I/O接口，包括16點DC24光電耦合通用數字輸入，24點最大500mA集電極開路通用數字輸出，用于各開關量的控制和狀態的讀取。其中，上下料工序的運動控制正是基于該卡的通用I/功能而實現的。機械手采用氣壓驅動。上位控制單元輸出控制信號，通過通用輸出端口控制電磁閥的狀態，進而控制高壓氣的通斷和切換。系統采用DH-M系列USB接口數字攝像機DHH V1302U M。該數字攝像機應用接口庫提供應用程序接口函數。通過該接口庫進行數字攝像機的二次開發，可實現數字攝像機的控制、采集圖像到內存、錯誤處理等功能。PC機通過USB2.0標準接口，實現對攝像機參數的設置及圖像采集的控制，并使用圖像采集卡接收從攝像機傳送的圖像信號，然后進行圖像的處理和分析。機器視覺檢測對照明系統有較高的要求。本系統采用數字光源控制器DP1024及一對同軸條形光源。該數字光源控制器具有4輸出通道，輸出DC0～24V可調電源。PC機通過RS232串口實現與數字光源控制器的通信，可控制條形光源的亮滅及亮度調節。APPLICATION RESEARCH應用研究激光器采用HGLaserMark2.0.8，并使用以太網實現與PC機的通信。按照通信協議，激光器啟動后Se r ve r端處于監聽狀態，PC機不斷將一定格式的標刻數據文件通過以太網傳送給激光器，并發送標刻命令。激光器Server端解析出其中的數據，在收到命令后開始標刻，并返回標刻狀態給PC機。3.2工作流程根據功能要求，整個工作平臺可分為4個工位，即上料工位、檢測工位、打標工位、下料工位，完成工件的整個檢測與標記任務。其工作流程如圖3所示。上料1）上料機械手從上料區取料并放置到夾具2）夾具夾緊工件下料1）翻轉夾具2）松開夾具3）機械手將工件拾取并移放至下料區檢測1）視覺系統按順序依次檢測工件2）將檢測結果傳送至激光器打標1）正面打標2）翻轉，并檢測翻轉到位信號3）到位后，反面打標旋轉臺旋轉90°旋轉臺旋轉90°旋轉臺旋轉90°進入下一周期旋轉臺旋轉90°圖3工作流程圖4軟件操作系統的開發軟件操作系統是基于LabVIEW的圖形化程序設計平臺開發的測試與控制軟件。該系統起到3個層面的作用，即底層驅動、應用層驅動和人機界面。底層驅動主要用來對硬件的操作，如對運動控制卡、圖像采集卡的驅動；應用層完成數據的采集儲存、轉換和分析，實現儀器的各種功能；人機界面層面向用戶，提供友好的人機對話環境，包括：程序運行時的顯示模式及程序對操作的相應方式。

4.1程序模塊LabVIEW軟件采用數據流模型，實現了自動的多線程，從而能充分利用處理尤其是多處理器的處理能力。操作系統根據LabVIEW的多線程機制，建立測控系統軟件的多線程模型，將系統中的管理和控制功能劃分為若干模塊，分別置于獨立線程中，以消息排隊和消息循環推動系統的運行。操作系統主要包含以下功能模塊：用戶管理模塊、程式管理模塊、編程模塊、硬件管理模塊、運行模塊、統計分析模塊。各模塊分別實現不同功能。用戶管理模塊實現操作系統的登錄和用戶的管理（包括建立用戶、密碼修改、權限設置等）；程式管理模塊將工件信息按照類型以文件形式存儲，可以實現打開、新建、刪除文件等操作，同時可進入編程模塊，進行相應工件的編程。編程模塊開放給用戶，用戶通過該模塊對不同工件進行編程，以實現對不同工件的檢測和標記要求；硬件管理模塊用于各硬件模塊的管理和調試，如電機參數（低速、加速度、高速等）的設置，電機的運轉、回原點等操作；運行模塊實現整個工作流程的控制以及對用戶操作的響應；統計分析模塊用于統計過程控制，包括各工位工作時間、工作周期、工件信息等的統計分析。核心處理單元整合各模塊功能，實現整個操作系統的協調運轉。4.2程序操作流程程序操作流程圖如圖4所示。啟動系統用戶登錄/管理設備/接口/參數初始化參數修改/硬件調試？調用原有程式？程式選擇單步運行自動運行退出程序？關閉系統編程建立新程式參數設置/硬件調試程式更改/參數調整？YYYNNN切換圖4程序操作流程操作系統提供友好的人機交互界面（包括用戶管理界面、主界面、程式管理界面、參數設置界面、編程界面等），操控簡單?？煽刂频膶ο蟀ㄊ髽?、鍵盤及應用研究APPLICATION RESEARC外部按鈕等，通過對程序屬性和各種控件的屬性節點的設置，能實現各種形式的操作界面。登錄系統后，程序處于循環等待狀態，即等待用戶的操作。用戶通過主界面上的按鈕可進入其它操作界面進行相應的操作。當進行自動運行操作時，整個工作平臺運轉，上料、檢測、打標、下料及其它相應程序同時動作，自動完成產品的檢測與標記任務。5主要技術指標檢測誤判率：<0.1‰；激光標刻精度：<50μm，<0.5°；機械定位精度：<0.3mm；標刻重復性：>99.9%；工作周期：T上料G 3.0s；T檢測G 3.5s；T打標G 4.0s；T下料G 3.0s；T旋轉臺轉動G 2.0sT其它延時G 1.5s；T總時間G Max(T上料，T檢測，T打標，T下料)+T旋轉臺轉動+T其它延時G 8.5s。

6結束語綜上所述，新一代全自動視覺激光打標機能有效完成工業生產中產品檢測及標記的各項任務。該設備具備以下特點：（1）自動化程度高：該設備采用全自動上、下料機械手作業，僅需人工補料及轉運工件，同時具有完善的保護報警功能和一定的錯誤自處理功能。（2）生產效率高：該機自動化程度高，可實現一人多機操作。該機啟動后，4個工位同時工作，生產速度是傳統同類機械加工設備的數倍至10數倍。（3）精度高：整機調試完成后，各部件的相對位置將保持不變。測控系統集視覺檢測與激光標刻于一體，檢測結果在系統內部傳遞，避免了人工檢測的人為差錯及傳統視覺系統檢測與不同系統的激光器信號傳輸出現的差錯。（4）適用范圍廣：針對不同行業的不同客戶，該機可通過更換夾具及機械手的方法來滿足客戶對不同工件的加工要求。（5）程序采用模塊化和標準化設計開發，有利于程序的升級及移植。該設備已交付某公司投入使用，運行狀況良好，具有較高的實用價值。

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