VPLC7机器视觉运动控制一体机在三轴SCARA机械手螺丝锁付的应用

市场应用背景

近年来，螺丝锁付市场需求持续增长，特别是在3C消费电子、汽车组装及家电等领域装配生产线上。产品设计的多样化、精细化，推动制造型企业对螺丝锁付的精度、效率和产线柔性化等提出了更高要求，促进了SCARA机械手螺丝锁付技术的广泛应用，显著提升螺丝拧紧效率和精度，减少了对人工的依赖，并有效实现了批量组装及灵活换料换线生产。

市面上常见的螺丝锁付方案局限性：

市面上常见的螺丝锁付方案，包括手持电批和多轴模组台式螺丝锁付设备，虽然广泛应用于多种紧固场景，但它们在满足高或特定扭矩精度需求，同一工位拧紧多种类型螺丝，以及快速产品切换和混料生产等方面需求存在一定的局限，都可直接影响锁付工艺流程的效率和质量管控。

正运动技术解决方案：

正运动针对以上市场需求，特此开发了一款基于VPLC7机器视觉运动控制一体机的三轴SCARA机械手螺丝锁付应用解决方案，易于集成至客户现有装配线，提供独立操作站点，可根据生产需求自动切换工艺配方或工位调整，同时支持间歇性或连续大批量生产，适用于平面、沉孔和侧边的螺丝锁付，配合视觉采集系统，即可实现高速高精的螺丝锁付应用。

方案支持机械手执行单个/多个批头锁付任务，可灵活更换批头以适配不同类型的螺丝，可设置不同的锁附工艺（如扭力、转速、锁附高度、退钉等）。提供锁付全程实时监控数据，包括锁螺丝的扭力、圈数、锁付状态、锁付结果、浮高高度、锁付高度、锁付时间等，做到每锁一颗螺丝即可生成锁付结果。

机器视觉运动控制一体机通过直接控制机器人来缩短循环时间，实现系统的集中管理，并提高锁付良率至99.6%。

01 VPLC7机器视觉运动控制一体机在三轴SCARA机械手螺丝锁付的应用

1、传统的机械手螺丝锁付方案

传统的机械手螺丝锁付方案通常采用机器人驱动控制一体机+PLC+视觉系统的组合方案，存在以下问题：

配件多、接线繁琐、故障排查麻烦、开发周期长；

视觉与运动控制之间的数据交互效率不高；

软硬集成度不高，功能整合度低；

多套硬件初始成本和维护成本高。

2、正运动技术SCARA螺丝锁付方案设计

20DI：接倍数链工作站阻挡位、来料传感器信号，以及电批、供料器报警信号；

20DO：接螺丝供料器，高速输出口接工业相机的硬触发输入；

EtherCAT接口：接EtherCAT总线驱动器，控制SCARA机械手；

4路单端脉冲输出：接步进/脉冲驱动器，可控制其他附加轴；

RS232通讯接口：接电批、测微计、光源控制器；

EtherNET接口：千兆网口，接支持Gige协议的面阵相机，实现视觉定位纠偏应用。

3、运动控制与机器视觉实现过程

（1）机器视觉

在三轴SCARA机械手螺丝锁付过程中，机器视觉系统首先获取当前来料产品的位置，随后通过对批头、相机中心标定，得出标定系数，进行双Mark点定位纠偏，当产品的位置和角度发生变化时，可以自动计算出纠偏螺丝锁付工件的螺丝紧固点位所需的偏移量，以确保机械手能够准确移至螺丝锁付点位，从而实现螺丝锁付操作的精准定位。

（2）运动控制

通过预设规划的SCARA机械手路径，机械手执行拱形运动和点到点运动控制。控制系统会精确调整机械手臂的关节速度，确保其按照预定轨迹准时到达目标位置。

一旦产品到达缓存位，机械手首先检查本工位是否有料。如无产品，机械手则将产品放行至该工位。产品到位后，进行双Mark拍照定位，并计算坐标偏移，以便SCARA机械手能够根据实际情况实时动态调整目标螺丝紧固位置，完成锁付操作。

锁付完成后，机械手等待下一工位的放行信号。一旦接收到放行信号，机械手便控制传送带将产品送至下一工位，并再次检查缓存位是否有料，继续执行上述流程。

4、SCARA机械手螺丝锁付工艺流程

5、方案核心优势

集成了机器视觉、运动控制、IO控制和机械手控制于一体，接线更方便，成本更低；

运动控制实时内核，核内交互，指令调用速度快至us级，提升加工效率；

内置30+机械手类型算法，客户使用更方便，提升工程师开发效率；

提供可视化机械手螺丝锁付软件，程序调试工艺步骤更简单更快，锁付过程实时监测，提供滑牙、浮高等检测，良率高达99.6%，实现更稳定的“打螺丝”；

解决不同产品角度来料，实现生产效率与精度的大幅度提升，提高生产线的柔性与自动化水平；

提供一键自动标定功能，即可快速实现工件锁付位置的视觉纠偏，提高生产效率。

6、解决方案硬件配置

02 VPLC7系列机器视觉运动控制一体机

正运动技术VPLC7系列机器视觉运动控制一体机是一款基于x86平台和Windows操作系统的高性能机器视觉EtherCAT运动控制器，可脱机运行，支持丰富的IO控制，30+机器人算法，以及视觉和运动控制功能，大幅简化视觉与运动控制项目的配置流程。

VPLC7系列机器视觉运动控制一体机的安装与拆卸过程便捷，占地空间小，还能与其它控制单元部件（如伺服驱动器、传感器、编码器、控制阀等）和MES系统无缝集成，提供一个完整端到端的视觉运动控制解决方案。

可选6-64轴运动控制（脉冲+EtherCAT总线）

内置实时内核MotionRT7，支持第三方视觉软件

板载20路通用输入(其中10路为高速输入)，20路高速输出

提供一体化开放式IPC形态的实时软控制器/软PLC集成的视觉+运动控制解决方案

多核并行运算，能够高效处理运动控制，机器视觉等自动化设备核心任务

03 提供易用的可视化RTFuse机器人系统平台

RTFuse机器人系统是一款面向机械手市场推出的系统级软件，支持市面上主流的Scara、Delta、六关节、协助、直角坐标等多种机械手类型。

软件整合了可视化的运动控制、IO逻辑控制、通讯交互、机器视觉等功能，用户可在示教器上通过系统内丰富的工具进行纯图形化编程，无需编写代码即可轻松实现中文示教一站式编程开发。

RTFuse机器人系统平台产品优势

技术门槛低

拖拽式中文组态系统编程，经过简单培训，应用工程师可轻松上手。从上至下执行项目控制流程，机械手位置手动示教。

系统开放性强

支持多线程控制，除机械手控制外，也可以控制其它附加轴、IO逻辑控制、通讯交互等，一个控制器即可完成。

软硬件集成性强

集成EtherCAT总线、脉冲混合控制，机器视觉、运动控制，集软硬于一体易于设备调试与排除问题。

企业用人成本低

一人即可调试设备的运动控制、视觉、IO逻辑控制等，解决工程人员流失、用人成本高等问题。

审核编辑 黄宇