近幾年，由于中國產業的迅猛發展，包括亞州周邊地區在內的產業配置正在逐步發生變化。特別是產品單價較低的商品，及價格競爭較激烈的商品在中國國內生產的比例越來越高了。從行業來說，主要有電子部件，用于電氣產品的基板或是FPD(Flat Panel Display)的生產等。隨著生產的開展，對中國國內的生產設備的精度要求越來越高，需要增加伺服控制精度的需要也越來越多了。

    為達到上述高精度裝置的要求，在這里，就使用視覺傳感器實現高精度定位控制的案例之一進行說明。

    在這個控制里面使用的機器，從傳感器、PLC、直到伺服控制，都為歐姆龍的商品。用一家公司的產品，就實現了整個系統的控制。

    一、控制整體的說明

    控制的概略構成大致可參考圖1，在這里把整體的控制內容進行一下簡單的說明。

圖1 控制系統框架

    此處為ＦＰＤ玻璃基板的位置補正案例。作為這個控制的應用，也可以應用于ＦＰＤ玻璃基板的粘合，電氣制品的基板位置補正，電子部件加工時的位置補正等場合。

    一般，由X軸、Y軸、θ軸的驅動軸構成機械工作臺，另有判別其工作臺上負載的視覺傳感器，進行兩者之間的數據演算，再和驅動上述機械工作臺的伺服控制構成整個系統。

    1.對要加工的負載，為了使視覺傳感器可以進行判別，需要印刷上標記。如要達到更好的精度，則需要2個以上的標記；

    2.負載放置在機械工作臺上進行加工；

    3.視覺傳感器對上述負載上印刷的標記進行判別，與之前設定好的(記憶住的)位置進行比較后，對誤差進行高精度的計算；

    4.視覺傳感器計算出的誤差，由ＰＬＣ換算成機械的移動量，定下補正誤差的位置并實行。

    二、視覺傳感器

    在這個控制系統里面，對提高精度較重要的一點就是視覺傳感器的位置判別。如果視覺傳感器無法精度較好的判別出位置，此控制所講到的提高精度也就無法達到了。

    歐姆龍的視覺傳感器，如圖2所示。

圖2 視覺傳感器:F160＆F210和F250

    從經驗和技術上，對提高判別精度可實現以下的功能：

    (1) 高精度Search

    判別出和所記憶的標記數據最相似的部分，進行高精度的位置數據計算。在負載上印刷標記時，每次都印刷出同樣的標記是比較困難的，會發生印刷的缺陷或是印刷不良等情況。但是，如果使用了此功能，即使實際負載上所印刷的標簽和登錄的標簽不同，也可以精度較好地進行判別。

    (2) ECM(Edge code model)Search

    把所記憶的標簽邊緣(非整個標簽，只有四周一圈)作為典型進行登錄，從實際接受到的畫像數據中找出最相似的部分進行判定。

    在玻璃互相重疊的情況下，會發生想判別的標簽之間也重疊起來的情況，在此功能中，因是以標簽邊緣數據形式進行典型化登錄的，即使發生了標簽的重疊化，仍可以判別出四周一圈是何形狀，從而達到高精度的判斷。

    三、校準

    視覺傳感器中所識別的位置信息，會作為視覺傳感器內部的畫素數據進行判別。但是，此畫素數據和實際的工作臺的移動距離關系如果沒有明確，就無法實現負載的位置補正。

    所謂校準，就是把視覺傳感器所識別到的位置和實際工作臺的位置精度的關系明確化，并記住。筆者把這個校準功能放在視覺傳感器、ＰＬＣ、伺服控制的程序上，以自動控制的方式進行實現。

    在登錄負載的基準位置時，會實施如圖3所示的動作，最終完成校準。實際移動負載時，可以通過演算當時的視覺傳感器位置信息，達到對下列誤差的補正。
 

圖3 校準過程

    攝像機安裝誤差:當攝像機的安裝不是完全的垂直時，可以補正其誤差；

    機械工作臺移動誤差:補正由于加工精度而導致的移動量的誤差；

    機械工作臺搭建誤差:補正機械工作臺驅動軸搭建時的誤差。

    四、移動補正計算

    最后，需要用視覺傳感器所判別出的位置補正量對工作臺進行移動。需要注意的是，工作臺的機構會根據現場案例而不同。

    這次所介紹的是針對于如圖4所示的三軸系統的工作臺構成，它是直線驅動系和旋轉驅動系相組合的機構，將其座標變換以ＰＬＣ和伺服控制來完成。

圖4  XYθ三軸工作臺

    近幾年，FPD行業的玻璃尺寸有變大的趨勢，并增加了UVW工作臺這樣的構成，如圖5所示。UVW工作臺是將工作臺的各支點以直線驅動系來控制的機構，具有最大運動行程較小、旋轉角度精度較高的特征。  負載的標記間的長度變大后，由角度誤差而引起的偏移量也會變大，對抑制此種誤差是有效果的。而且，此種工作臺的驅動軸是在1個平面上，與以前的XYθ驅動軸層狀重疊相比較的話，是較輕薄的機構，具有重量變輕巧的特征。

圖5 UVW軸工作臺

    五、最終實現的高精度定位控制

    在實際的案例中，用此種視覺傳感器進行高精度定位控制，并實現了定位精度10μｍ以下的要求。

    這個案例的構成所需的設備如下：

    視覺傳感器:F210-C10；

    使用的攝相機:F160-SLC20(視野角20mm)；

    PLC:CJ1H-CPU66H；

    串行通信單元:CJ1W-SCU21-V1；
 
    定位控制單元:CJ1W-NC433；

    伺服驅動器:R7D-APA3L(Smart Step)。