步科伺服在藥液雜質(zhì)燈檢機(jī)上的應(yīng)用
一、系統(tǒng)概述
液體雜質(zhì)燈光檢測(cè)機(jī)，是利用工業(yè)攝像機(jī)對(duì)已加工好的液體藥品進(jìn)行雜質(zhì)檢測(cè)與分揀的設(shè)備。燈檢機(jī)在運(yùn)行中要求攝像頭與瓶盤同步運(yùn)行且運(yùn)行速度平穩(wěn)，檢測(cè)攝像頭必須與檢測(cè)瓶在運(yùn)行過(guò)程中相對(duì)靜止，以保證獲取的圖像信息清晰與準(zhǔn)確。傳統(tǒng)的檢測(cè)設(shè)備使用凸輪曲線來(lái)完成一系列動(dòng)作，工作效率低、檢測(cè)準(zhǔn)確率低、攝像機(jī)容易損壞。使用步科伺服系統(tǒng)來(lái)替代凸輪后，檢測(cè)的速度、檢出準(zhǔn)確率及設(shè)備的性能均提高了一個(gè)檔次。
二、工藝介紹
1.系統(tǒng)上電后用于"踢瓶"的伺服電機(jī)與檢測(cè)雜質(zhì)伺服電機(jī)利用事先編寫在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的原點(diǎn)定位程序自動(dòng)執(zhí)行回原點(diǎn)動(dòng)作，踢瓶機(jī)構(gòu)定位到踢瓶跟隨點(diǎn)的位置。攝像機(jī)與光源定位到原點(diǎn)位置（即檢測(cè)開(kāi)始點(diǎn)的位置）。原點(diǎn)到達(dá)后雜質(zhì)檢測(cè)伺服電機(jī)發(fā)出開(kāi)機(jī)指令給工控機(jī)，工控機(jī)開(kāi)始初始化。
2.工控機(jī)初始化完成后，按預(yù)設(shè)的的主機(jī)速度開(kāi)啟主電機(jī)，伺服電機(jī)速度映射來(lái)自于主軸編碼器采集來(lái)的速度并進(jìn)行跟隨。當(dāng)檢測(cè)瓶位置信號(hào)為高電平時(shí)，伺服電機(jī)帶著攝像頭與光源跟蹤檢測(cè)瓶做同步跟隨運(yùn)行,替代原有系統(tǒng)中的凸輪同步。
3.伺服電機(jī)跟隨的角度為7度，即在 0.1 秒內(nèi)完成攝像。必須在 0.4秒內(nèi)完成加速、勻速攝像、減速與返回原點(diǎn)四步動(dòng)作。1分鐘完成 150 瓶藥品的檢測(cè)任務(wù)。速度曲線要求見(jiàn)下圖。
4.拍攝完成后工控機(jī)立即對(duì)圖片進(jìn)行分析與處理，并記憶雜質(zhì)的瓶位信息。當(dāng)雜質(zhì)瓶到達(dá)踢瓶機(jī)構(gòu)位置時(shí)，工控機(jī)立即發(fā)出踢信號(hào)，由踢瓶伺服電機(jī)帶著踢瓶機(jī)構(gòu)同步跟蹤雜質(zhì)瓶并將雜質(zhì)瓶揀出。
5．在加減速段與返回原點(diǎn)時(shí)需盡量減小伺服電機(jī)的沖擊，Kinco伺服 PID 不可以調(diào)整過(guò)硬，以防止伺服電機(jī)在快速正/反轉(zhuǎn)交替時(shí)產(chǎn)生的沖擊損壞攝像機(jī)與光源。
6. 伺服電機(jī)在勻速跟隨段時(shí)，必須保證攝像機(jī)與瓶子保持相對(duì)靜止，不許有超前與滯后的現(xiàn)象，不允許電機(jī)有速度擾動(dòng)現(xiàn)象，以保證拍攝的照片圖像清晰、信息準(zhǔn)確。
7. 工控機(jī)在下一瓶位信號(hào)到達(dá)前必須對(duì)所檢測(cè)瓶子的圖像進(jìn)行分析與處理，如瓶?jī)?nèi)有雜質(zhì)工控機(jī)則記憶雜質(zhì)瓶的瓶位信息。
8. 當(dāng)雜質(zhì)瓶到達(dá)踢瓶位置時(shí)，踢瓶伺服電機(jī)將雜質(zhì)瓶揀出來(lái)放到不合格區(qū)。
三、步科控制方案
1.因檢測(cè)伺服電機(jī)的跟隨角度較小（檢測(cè)的角度為7度，跟隨時(shí)間為0.4 秒），檢測(cè)的頻率很高（0.4秒完成跟隨與返回的動(dòng)作，即每分鐘往返150 次），故伺服電機(jī)在運(yùn)行中必須嚴(yán)格按照運(yùn)動(dòng)曲線要求的時(shí)間運(yùn)行，否則將會(huì)造成拍攝失敗與跟隨錯(cuò)誤。
2.運(yùn)動(dòng)曲線運(yùn)行時(shí)間段劃分：伺服電機(jī)加速時(shí)間段：0-0.1秒；伺服電機(jī)勻速攝像時(shí)間段：0.1-0.2秒；伺服電機(jī)減速時(shí)間段：0.2-0.3秒；伺服電機(jī)返回原點(diǎn)時(shí)間段：0.3-0.38秒。Kinco 伺服所具備低速時(shí)大扭矩的特點(diǎn)從而保證系統(tǒng)要求的加速度。方便的實(shí)現(xiàn) PID 的動(dòng)態(tài)調(diào)整。
3.因伺服電機(jī)在運(yùn)行中加、減速度較高；正反轉(zhuǎn)交替頻率快。所以伺服電機(jī)的運(yùn)行機(jī)械特性要軟，否則會(huì)損壞安裝在伺服電機(jī)上的攝像機(jī)和光源。這點(diǎn)可以通過(guò)動(dòng)態(tài)修改 Kinco 伺服的 PID 實(shí)現(xiàn)，確保不同運(yùn)動(dòng)曲線段采用不同的 PID 參數(shù)，來(lái)保證不同曲線段分別對(duì)速度、剛性的要求。由于 Kinco 伺服具備強(qiáng)大通訊功能，可以非常方便的實(shí)現(xiàn) PID 的動(dòng)態(tài)調(diào)整。
四、總結(jié)
經(jīng)運(yùn)行調(diào)試，設(shè)備最高檢測(cè)頻率達(dá)600瓶/分鐘，滿足設(shè)計(jì)要求。在連續(xù)運(yùn)行中伺服電機(jī)無(wú)累計(jì)誤差拍攝的照片圖像清晰；用于檢測(cè)雜質(zhì)瓶的伺服電機(jī)與用于揀出雜質(zhì)瓶的伺服電機(jī)動(dòng)作配合較好；檢瓶與踢瓶的準(zhǔn)確率達(dá) 99%；檢測(cè)雜質(zhì)瓶的伺服電機(jī)在高速運(yùn)行與快速度正反轉(zhuǎn)交替時(shí)的沖擊符合攝像機(jī)和光源的振動(dòng)頻率。
