基于机器视觉和伺服总线控制的按钮开关打标机精度检测与校正方法

基于机器视觉和伺服总线控制的按钮开关打标机精度检测与校正方法

吴佐仪，黄呈伟，王志明，王茹杨

浙江呈爔智能装备有限公司，浙江温州，325000

摘要：现代工业自动化中，按钮开关的精确标记至关重要。本文探讨了基于基恩士机器视觉系统和伺服总线控制技术的高精度按钮开关打标机的设计与实现。通过视觉系统对按钮开关的位置和状态进行实时检测，结合伺服控制系统进行动态调整，确保打标精度和质量。本文详细介绍了视觉系统、伺服总线控制的工作原理，并描述了如何通过视觉反馈来校正打标位置，实现高精度的自动化标记。

关键词：视觉系统；伺服总线；打标机；校正；精度

1. 引言

在现代制造业中，按钮开关的标记对于产品的识别和质量控制至关重要。传统的手工打标方式不仅效率低下，而且容易出现误差。为了提高生产效率和标记质量，自动打标机得到了广泛应用。本文提出了一种基于基恩士机器视觉系统和伺服总线控制技术的自动打标机，通过视觉反馈进行精度检测与校正，确保打标的高精度和高质量。

2. 系统组成

2.1 视觉系统

视觉系统是自动打标机的核心部分之一。基恩士的机器视觉系统包括高分辨率工业相机、光源和图像处理软件。这些组件协同工作，实现对按钮开关的精确检测和定位。工业相机负责拍摄按钮开关的图像，高分辨率相机能够捕捉到细节丰富的图像，确保图像处理软件能够准确识别按钮开关的位置、角度和尺寸。光源的选择和布置对图像质量至关重要，合适的光源可以减少反光和阴影，确保图像清晰。图像处理软件具有强大的图像分析和处理能力，通过预处理、边缘检测、特征提取和模板匹配等算法，软件能够准确识别按钮开关的位置和姿态，并将这些信息传递给控制系统。

2.2 伺服总线控制系统

伺服控制系统在自动打标机中起着至关重要的作用。它通过精确控制电机的位置、速度和加速度，确保打标头能够准确地移动到指定位置进行打标。伺服电机具有高精度和高响应速度的特点，能够实现精确的定位控制。伺服驱动器负责控制电机的运行，根据来自中央控制器的指令调整电机的动作。总线系统（如EtherCAT）用于连接和通信各个控制组件。它们的高速数据传输和低延迟特性使得整个控制系统能够高效协同工作。中央控制器（如PLC或工业PC）是系统的大脑。它接收来自视觉系统的检测数据，计算所需的校正参数，通过总线系统发送指令给伺服电机，实时调整打标头的位置和角度。

3.打标机的简化工作流程

3.1按钮开关定位：将按钮开关放置在工作台上，并使用定位夹具固定。

3.2视觉系统检测：工业相机拍摄按钮开关图像，软件分析并识别按钮开关的位置和状态。

3.3伺服控制调整：根据视觉反馈，中央控制器调整伺服电机，确保打标头准确移动到指定位置。

3.4精度校正：通过视觉再次检测，微调打标位置以确保精度。

3.5执行打标：激光打标头在准确位置进行标记操作。

3.6标记后检测：再次使用视觉系统检查标记质量，如有偏差，进行反馈和调整。

4. 精度检测与校正方法

4.1 初步校准

在安装和启动系统时，对视觉系统和伺服系统进行初步校准，确保各部分的对齐和同步。使用标定板或标定工具，对相机和打标头的相对位置进行精确标定。

4.2 在线检测

在每个打标周期前后，使用视觉系统对按钮开关进行检测。通过图像处理软件测量按钮开关的位置偏差和角度偏差。

4.3 实时校正

中央控制器根据检测结果，实时计算校正值。调整伺服电机的位置和角度，确保打标头在正确位置执行打标。

4.4 反馈机制

设置反馈机制，在检测到打标误差超过设定阈值时，自动停止打标并报警。记录误差数据，分析误差来源，优化校正算法。

4.5 定期校准

定期进行系统校准，检查和调整视觉系统和伺服系统的准确性。使用标准件和标定工具，验证系统精度，必要时进行调整。

5. 系统优化

5.1 优化视觉算法

使用先进的图像处理算法，提高检测速度和精度。引入机器学习技术，提高图像识别和误差分析能力。

5.2 增强伺服控制

优化伺服电机的控制参数，提高响应速度和定位精度。引入预测控制和自适应控制算法，增强系统稳定性。

5.3 提高系统集成

增强视觉系统和伺服系统的集成度，减少通信延迟。使用高速总线系统和高性能控制器，提高整体系统性能。

6. 案例分析

为了验证所提方案的可行性，我们对德力西工厂的按钮开关打标机进行了改造和测试。该系统采用基恩士视觉系统和伺服总线控制技术，按照上述方法进行精度检测与校正。

6.1 系统改造

在现有打标机基础上，增加基恩士工业相机和光源，配置伺服电机和总线系统，并使用基恩士的图像处理软件进行图像分析和处理。

6.2 测试与验证

在改造后的打标机上进行多次测试，记录打标位置的偏差和质量情况。通过在线检测和实时校正，逐步优化控制参数，提高打标精度。

6.3 详细测试流程

测试对象：选择多种规格的按钮开关，确保测试样本的多样性。

环境控制：在恒温恒湿环境下进行测试，减少环境因素对打标精度的影响。

测试步骤

初步校准：使用标准件进行初步校准，确保视觉系统和伺服系统的基本对齐。

打标位置检测：在每次打标前，通过视觉系统检测按钮开关的位置和角度，记录初始偏差值。

打标操作：根据检测结果，伺服系统进行位置和角度调整后，执行打标操作。

结果检测：打标后，通过视觉系统再次检测打标位置和质量，记录最终偏差值。

误差分析：对比初始偏差和最终偏差，分析误差变化和系统的校正效果。

6.4 结果分析

经过多次测试和调整，改造后的打标机在精度和效率方面均有显著提升。具体表现为：

打标精度：打标位置偏差从原来的0.5mm减少到0.1mm以内，精度显著提升。

打标效率：打标周期时间缩短了20%，提高了生产效率。

标记质量：标记的清晰度和一致性提高，满足客户的高标准要求。

6.5 优化建议

在测试过程中，我们发现以下优化点：

光源优化：调整光源的角度和亮度，提高图像的对比度和清晰度。

算法改进：优化图像处理算法，提高检测速度和精度。

控制参数调整：根据实际测试数据，微调伺服系统的控制参数，进一步提升系统的响应速度和稳定性。

7. 结论

本文提出了一种基于基恩士机器视觉系统和伺服总线控制技术的高精度按钮开关打标机方案。通过视觉系统对按钮开关的位置和状态进行实时检测，结合伺服控制系统进行动态调整，实现了高精度的自动化打标。通过实际案例的验证，该方案在提高打标精度和效率方面具有显著效果。未来的工作将进一步优化视觉算法和伺服控制技术，探索更多智能化和自动化的应用场景。

参考文献

[1]基恩士官网. https://www.keyence.com.cn/

[2]伺服控制技术手册. https://www.ethercat.org/

[3]工业视觉系统应用指南. https://www.visiononline.org/

[4]激光打标机技术规范. https://www.laser-marking.com/

[5]高精度打标机案例分析. https://www.marking-machines.com/om/