一种模块化可分布式运动控制系统

摘要

本发明提供了一种模块化可分布式运动控制系统，包括MCU模块、输入输出模块以及至少一个相机控制装置；所述MCU模块分别连接至所述输入输出模块以及每个相机控制装置；可通过模块化连接方式组合使用，可实现一套控制系统结合多台相机、多台检测机使用；具有信号稳定，集成度高，可远距离分布的优点。

权利要求

1.一种模块化可分布式运动控制系统，包括MCU模块，其特征在于：还包括输入输出模块以及至少一个相机控制装置；所述MCU模块分别连接至所述输入输出模块以及每个相机控制装置；每个所述相机控制装置包括至少一个相机控制模块以及至少一个信号隔离模块，所述相机控制模块个数等于所述信号隔离模块个数；所述每个相机控制模块并联至所述MCU模块，所述相机控制模块与所述信号隔离模块一一对应连接，每个所述相机控制模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4，所述MCU模块通过所述电阻R1、电阻R2、电阻R3或电阻R4连接至所述信号隔离模块；通过R1至R4选择性的焊接，实现不同相机的信号选择；

MCU模块发送相机控制信号至相机控制模块，每个相机控制模块预留两个输出信号相同的相机控制信号接口，以实现多个相机控制模块的并联；在多台检测机系统中，每台相机配备一块相机控制模块，且各个相机控制模块间是级联起来形成多个相机控制模块的级联。

说明书

一种模块化可分布式运动控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种模块化可分布式运动控制系统。

背景技术

[0002] 随着工业的高速发展，人们对于产品生产速度以及生产质量的要求也越来越高，对运动中产品进行图像采集以完成质检的过程中，要实现产品跟采集图像的同步是一个重要部分。目前图像质检同步控制器大多采用一体式，其整个控制系统体积大，扩展不方便，且应用环境单一；而且不能满足日益复杂精密的产线化、流水线多台设备控制的生产要求。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题，在于提供一种模块化可分布式运动控制系统，可通过模块化连接方式组合使用，可实现一套控制系统结合多台相机、多台检测机使用；具有信号稳定，集成度高，可远距离分布的优点。

[0004] 本发明是这样实现的：一种模块化可分布式运动控制系统，包括MCU模块，还包括输入输出模块以及至少一个相机控制装置；所述MCU模块分别连接至所述输入输出模块以及每个相机控制装置。

[0005] 进一步地，每个所述相机控制装置包括多路信号分流模块以及信号隔离模块；所述MCU模块通过所述多路信号分流模块连接至所述信号隔离模块。

[0006] 进一步地，所述多路信号分流模块包括逻辑器件、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q1，所述MCU模块分别连接至所述逻辑器件以及电阻R5的一端；所述电阻R5分别连接所述电阻R6的一端以及三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接至电源，所述三极管Q1的发射极分别连接所述逻辑器件以及电阻R7的一端，所述逻辑器件连接至所述信号隔离模块，所述电阻R6的另一端以及电阻R7的另一端均接地。

[0007] 进一步地，所述逻辑器件型号为74HC4066。

[0008] 进一步地，每个所述相机控制装置包括至少一个相机控制模块以及至少一个信号隔离模块，所述相机控制模块个数等于所述信号隔离模块个数；所述每个相机控制模块并联至所述MCU模块，所述相机控制模块与所述信号隔离模块一一对应连接，每个所述相机控制模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4，所述MCU模块通过所述电阻R1、电阻R2、电阻R3或电阻R4连接至所述信号隔离模块。

[0009] 本发明的优点在于：本发明一种模块化可分布式运动控制系统，能够准确实时控制图像采集装置进行产品图像捕获，确保每件产品质量，提高了生产效率，降低了生产过程中的损耗；并且本发明系统支持多台相机长距离检测，有效的避免了工厂产线因操作空间不足导致的安装问题。

附图说明

[0010] 下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

[0011] 图1是本发明一种模块化可分布式运动控制系统的具体实施方式示意图一。

[0012] 图2是本发明一种模块化可分布式运动控制系统的具体实施方式示意图二。

[0013] 图3是本发明一种模块化可分布式运动控制系统的原理图。

具体实施方式

[0014] 请参阅图1和图2所示，本发明模块化可分布式运动控制系统，包括MCU模块，还包括输入输出模块以及至少一个相机控制装置；所述MCU模块分别连接至所述输入输出模块以及每个相机控制装置。

[0015] 每个所述相机控制装置包括多路信号分流模块以及信号隔离模块；所述MCU模块通过所述多路信号分流模块连接至所述信号隔离模块，所述多路信号分流模块包括逻辑器件、电阻R5、电阻R6、电阻R7、三极管Q1，所述MCU模块分别连接至所述逻辑器件以及电阻R5的一端；所述电阻R5分别连接所述电阻R6的一端以及三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接至电源，所述三极管Q1的发射极分别连接所述逻辑器件以及电阻R7的一端，所述逻辑器件连接至所述信号隔离模块，所述电阻R6的另一端以及电阻R7的另一端均接地，所述逻辑器件型号为74HC4066。

[0016] 每个所述相机控制装置包括至少一个相机控制模块以及至少一个信号隔离模块，所述相机控制模块个数等于所述信号隔离模块个数；所述每个相机控制模块并联至所述MCU模块，所述相机控制模块与所述信号隔离模块一一对应连接，每个所述相机控制模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4，所述MCU模块通过所述电阻R1、电阻R2、电阻R3或电阻R4连接至所述信号隔离模块。

[0017] 本发明具体实施方式如下：

[0018] 如图1至3所示，本设计主要包括主模块、输入输出模块及可多个级联的相机控制模块。其中主模块为基础模块，包括电源模块、可编程MCU、模拟数字信号模块和通信总线接口。电源模块用于本系统所有模块的供电以及一些外部关联设备供电；可编程MCU用于输入信号的检测处理、视觉系统中被检物体的当前状态、与外部设备通讯以及对外部设备控制信号的输出；模拟数字信号端可接收外部环境模拟信号及数字信号，为视觉检测系统提供外部设备状态及环境信息，其中预留的多个信号接口，可以接入编码器、传感器、光源等常规的视觉检测配套设备。对于编码器、光电传感器、金属传感器等脉冲信号器件，其工作电压与MCU压差较大，不可在同一电压下工作，故需要经过光耦或晶体管等组成的电路进行电压转换才可接入MCU(此处编码器在运动控制系统中属于可选器件。增加编码器能够获取到更多系统运动信息，并且可以提高整个系统控制精度)。对于模拟器件，若工作电压与MCU在同一范围，则可直接接入到相应模拟输入接口；若不在同一范围，则需要通过外部转换后才可接入。对于MCU来说，将脉冲信号认为是数字信号，将在特定范围内连续变化的信号认为是模拟信号。

[0019] 输入输出模块扩展方法采用以下几种：并行扩展可使用TTL、CMOS电路锁存器或三态门实现，如：74LS244、74LS273。I/O端口可模拟I2C、SPI等接口，可实现少数IO端口控制多个器件。I/O扩展使用译码器，如74LS138。

[0020] 输入输出模块使用modbus总线通信协议，实现外部设备与运动控制器的信息交互，并根据通信内容进行相关数据处理以及输入输出相关控制。

[0021] 相机控制模块是连接相机和MCU的中间件，其功能实现主要由两部分组成，软件程序调控和硬件电路分流控制，可根据实际产线需求进行级联扩展。软件程序调控部分主要产生相机图像采集的触发信号。而硬件电路分流控制部分通过多路选择电路来实现多路传输通道选择，以此来实现各相机控制信号的相互隔离和同时使用。

[0022] 硬件分流控制有两种实现方式：第一种方式，通过图1中74HC4066逻辑器件实现。MCU输出信号CTL1，74HC4066根据CTL1信号实现内部开关电路的切换，如：当CTL1信号为高电平时，74HC4066 13引脚输入为高电平，此时内部开关1打开，74HC4066第1引脚和第2引脚导通，即MCU输出的信号CH1_IN会从引脚2以CH1_OUT信号输出。同理，对于多路信号输出控制，只需要按第一路电路连接方式即可实现。第二种方式，通过图2中PCB板上预留的多路可选电阻进行通路选择，即对于相同PCB不同编号的电路板，在使用时只焊接与该编号对应的电阻。如图中所示，若该PCB用于相机控制信号为“输出信号”，MCU端输出可用的信号有“信号1-3”，则可通过图中R1-R4选择性的焊接，可实现不同相机的信号选择，MCU模块发送相机控制信号至相机控制模块，每个相机控制模块预留两个输出信号相同的相机控制信号接口，以实现多个相机控制模块的并联。即MCU模块连接至相机控制模块1，相机控制模块2连接至相机控制模块1中预留出的另一个接口上，以此类推，后级相机模块均连接至前一个相机控制模块上。上述分流方式适用于面阵相机以及线阵相机。

[0023] 本发明的运动同步实现原理：编码器与传感器信号通过模拟数字信号输入输出端口将经隔离后的信号传送至MCU，MCU根据传感器及编码器信号计算出产品图像采集时间点并发出触发信号给相机控制模块，相机控制模块控制相机采图，以上描述对象为单台检测机系统。

[0024] 在多台检测机系统中，存在多个相机控制模块的级联情况。发明中每台相机配备一块相机控制模块，且各个相机控制模块间是级联起来的。在系统运行中，MCU根据系统运行相关信息，在适当的时刻会产生相机控制信号给相机控制模块。相机控制模块通过多路信号控制电路将该信号进行转换后即可控制相机进行图像采集。这样通过软件和硬件相结合的方式，便完成了多台检测机系统的协调控制。

[0025] 如图3所示，本发明模块化可分布式运动控制系统如下：将电源模块、主控模块(即MCU模块)、输入输出模块、相机控制模块，以及系统用到的编码器、传感器等按照系统使用说明根据现场使用情况逐步进行安装，安装完成后，对相关信号线连接并检查无误后开启电源开关。同时打开PC端系统调试软件，对运动控制器系统的相关模块进行测试(包括普通输入、输出，通信，相机控制，报警等等)。以上测试完成后，即可开启工厂生产线，MCU模块根据接收到的外部信号(编码器、传感器)计算当前产线产品的运行状态，并将计算结果通过总线接口传送至PC，以及在相应时刻通过发送相机控制信号给相机控制模块(MCU模块向相机控制模块的传送可根据实际应用独立使用或级联使用)。相机控制单元对接收到的信号进行相应转换并送至相机，触发相机进行图像捕获。

[0026] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。