陳祎杭 杜玉曉 吳卓承 王小橋 王公東 鐘楠

電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件的設(shè)計與應(yīng)用

陳祎杭1杜玉曉1吳卓承1王小橋2王公東2鐘楠2

（1.廣東工業(yè)大學(xué)自動化學(xué)院，廣東 廣州 510006 2.廣東海信電子有限公司，廣東 江門 529000）

為改善電視機(jī)背板涂膠工作效率低、精確度低且無生產(chǎn)記錄的現(xiàn)狀，在搭建系統(tǒng)硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上，以機(jī)械臂涂膠為研究對象，設(shè)計電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件。在微軟基礎(chǔ)類庫（microsoft foundation classes, MFC）框架下開發(fā)圖形用戶界面（graphical user interface, GUI）應(yīng)用程序；結(jié)合LIB-reDWG開源庫編寫CAD圖紙解析程序；采用圖像處理技術(shù)獲取電視機(jī)背板定位信息；利用MySQL數(shù)據(jù)庫保存并管理背板生產(chǎn)信息。經(jīng)實驗驗證表明：該電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件可有效進(jìn)行背板噴涂生產(chǎn)工作，提高了生產(chǎn)效率及涂膠精確度，且軟件運行穩(wěn)定可靠。

電視機(jī)背板；涂膠系統(tǒng)；Modbus通信協(xié)議；MFC；圖紙解析

0 引言

隨著《中國制造2025》的提出，提高裝備制造智能化水平已成為制造業(yè)發(fā)展的趨勢[1]。電視機(jī)制造作為我國輕工業(yè)的重要產(chǎn)業(yè)之一，與汽車、工程裝備等大型高端設(shè)備相比，生產(chǎn)效率低，自動化水平不高[2]。背板涂膠是電視機(jī)生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)，多數(shù)工位仍處于手工操作階段，工作效率及精確度較低。而智能化可提高其生產(chǎn)效率，是背板涂膠系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。

系統(tǒng)智能化的一個重要特點是具備良好的人機(jī)交互界面，用戶可實時修改參數(shù)、監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)[3]。文獻(xiàn)[4]在Matlab平臺下結(jié)合Modbus協(xié)議開發(fā)信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖然易于實現(xiàn)，但通用性不高，應(yīng)用范圍??；文獻(xiàn)[5]將MFC結(jié)合多線程技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，但無法對系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控。

本文根據(jù)電視機(jī)背板涂膠工藝和生產(chǎn)流程，在搭建電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計一款基于Modbus-RTU協(xié)議的電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件，

并利用LIB-reDWG開源圖紙解析庫提取圖紙數(shù)據(jù)；結(jié)合多線程、機(jī)器視覺、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集；通過產(chǎn)線試生產(chǎn)對該軟件進(jìn)行實驗驗證。

1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)硬件主要由工業(yè)相機(jī)ME2P-1840-6GM、上位工控機(jī)IPC610、MELSEC-Q系列PLC、M-20iA六軸工業(yè)機(jī)械臂和AltaBlue熱熔膠機(jī)組成。其中，由IPC610工控機(jī)、ME2P-1840-6GM相機(jī)組成上層計算系統(tǒng)，負(fù)責(zé)處理電視機(jī)背板圖紙數(shù)據(jù)、位置信息采集及發(fā)送等功能；由MELSEC-Q系列可編程控制器、光電傳感器等組成底層控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)與產(chǎn)線協(xié)調(diào)工作狀態(tài)信息以及電視機(jī)背板到位信息；由M-20iA六軸工業(yè)機(jī)械臂、AltaBlue熱熔膠機(jī)組成噴膠執(zhí)行機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)按照膠條位置數(shù)據(jù)對電視機(jī)背板進(jìn)行涂膠。電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖1所示。

圖1 電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)硬件架構(gòu)

2 系統(tǒng)軟件功能需求

電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件功能需求包括：

1）通過串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送；

2）解析給定CAD圖紙并提取涂膠點數(shù)據(jù)；

3）電視機(jī)背板邊緣圖像定位；

4）存儲圖像處理結(jié)果及運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；

5）圖像處理參數(shù)及通信參數(shù)設(shè)定。

3 基于Modbus通信協(xié)議的實現(xiàn)

3.1 Modbus通信協(xié)議概述

Modbus通信協(xié)議是應(yīng)用較廣泛的工業(yè)通信協(xié)議之一[6]，采用一主多從的通信方式，由主設(shè)備發(fā)起通信，在同一主設(shè)備下最多可控制255個從設(shè)備，且從設(shè)備間無法相互通信。Modbus RTU基本報文格式如表1所示，各幀信息之間均以≥3.5個字符的時間間隔為消息幀的起始和結(jié)束標(biāo)志；1個字節(jié)的從機(jī)地址范圍為00H～FFH，其中00H作為廣播地址使用；1個字節(jié)的功能碼范圍為1～255，指定幀含義；數(shù)據(jù)域主要用于傳送數(shù)據(jù)；報文使用CRC校驗[7]。

表1 Modbus RTU報文格式

3.2 Modbus協(xié)議的實現(xiàn)

根據(jù)電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)的功能，規(guī)定以下通信格式：

3.3 Modbus通信協(xié)議應(yīng)用

根據(jù)電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)功能，Modbus通信協(xié)議結(jié)合實際生產(chǎn)需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。產(chǎn)線生產(chǎn)運行時的通信周期設(shè)置為100 ms，即每100 ms由上位工控機(jī)IPC610主站向從站發(fā)送狀態(tài)查詢指令，并根據(jù)查詢到的從站狀態(tài)進(jìn)行響應(yīng)操作，單周期狀態(tài)查詢通信流程如圖2所示。

圖2 單周期狀態(tài)查詢通信流程圖

狀態(tài)查詢的關(guān)鍵程序如下：

SendOnce_Vision = true;

ReadStatus = true;

SendData(0, 74, 1);

//判斷上一次發(fā)送的是否為0，為0沒有觸發(fā)receive則斷線

if (m_Status_T2 == 0)

{

//斷線標(biāo)志位

DisconnectFlag = true;

DisconnectNum += 1;

//斷線超過60 s，即DisconnectNum=50則提示斷線。

if (DisconnectNum >= 300)

{

KillTimer(1);

AfxMessageBox(_T("請檢查連接！"));

}

}

else

{

DisconnectFlag = false;

DisconnectNum = 0;

m_Status_T2 = 0;

if (ArriveFlag == true)

{

if (SendDone == false)

預(yù)制性詞塊教學(xué)法的重點是培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建和應(yīng)用預(yù)制性詞塊的能力，由于這兩種能力與學(xué)生的外語交際能力直接相關(guān)，所以該教學(xué)法的主要作用也體現(xiàn)在這方面，能有效提升實際的語言交際能力。另外，學(xué)生想要構(gòu)建預(yù)制性詞塊，必須有較強的語感和足夠的詞匯量，所以該教學(xué)法也能反向加強學(xué)生的語感，同時增強學(xué)生學(xué)習(xí)單詞的積極性。[2]又因為預(yù)制性詞塊的應(yīng)用與語境有很大的關(guān)系，語境是選擇預(yù)制性詞塊的決定性因素之一，所以學(xué)生對語境的了解和感受能力也可以通過該教學(xué)法加以提高。綜上可知，預(yù)制性詞塊教學(xué)法對外語教學(xué)的優(yōu)化作用是多方面的。

{

KillTimer(1); //先終止該定時器，進(jìn)行視覺處理

}

}

}

生產(chǎn)過程中需要由上位工控機(jī)IPC610處理并發(fā)送噴涂電視機(jī)背板所需的CAD圖紙、背板位置等數(shù)據(jù)，CAD圖紙寫入流程圖如圖3所示。

圖3 CAD圖紙數(shù)據(jù)寫入流程圖

CAD圖紙數(shù)據(jù)寫入部分關(guān)鍵程序如下：

if (m_CadT2 != 0 && OverTime == false && RecMsgFlag == true)

{

m_CadT2 = 0; //判斷是否斷線

BadCadNum = 0; //錯誤計數(shù)

if (locGlueNum < vecGlueNum)

{

SendData(1,locGlueNum+100,GlueTemp[locGlueNum]);

locGlueNum++; //膠條計數(shù)

}

else

{

Sleep(50);

KillTimer(2);

SendOnce = true;

SendData(1, 99, locGlueNum/3); //發(fā)送膠條總數(shù)

Sleep(150);

SendData(1, 78, 21573);

m_CadT2 = GetTickCount64();

locGlueNum = 0; //查詢下位機(jī)是否收到完整數(shù)據(jù)

Sleep(100);

SetTimer(3, 50, NULL);

}

}

4 CAD圖紙解析功能

4.1 CAD圖紙解析技術(shù)

CAD圖紙是以二進(jìn)制結(jié)構(gòu)存儲的數(shù)據(jù)，且具體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)閉源，無法以文本文件的方式打開解析，通常利用AutoCAD軟件查看。在二次開發(fā)的基礎(chǔ)上，可通過編寫外部程序?qū)AD圖紙進(jìn)行直接硬解析。常見的AutoCAD開發(fā)方式包括AutoLISP/VisualLISP、ADS、ObjectARX、LIB-reDWG等[8]，以上4種開發(fā)方式的綜合對比如表2所示。

表2 4種AutoCAD開發(fā)方式綜合對比

由表2可知，LIB-reDWG開發(fā)方式完全脫離了AutoCAD的限制，具有穩(wěn)定性高、速度快等特點。

4.2 基于LIB-reDWG的開發(fā)實現(xiàn)

LIB-reDWG采用C語言開發(fā)的圖紙解析庫為完整獨立的程序，可嵌入目標(biāo)開發(fā)軟件中。LIB-reDWG通過CAD圖紙中各圖元的ID找到對應(yīng)的圖元指針，對圖紙的圖層、線型等圖元信息進(jìn)行查看和修改。LIB-reDWG需要先編譯為動態(tài)鏈接庫，再通過Visual Studio掛載到實際項目中。

在實際生產(chǎn)中，電視機(jī)背板圖紙由大量直線圖元構(gòu)成，分別為藍(lán)色直線外框、黃色直線內(nèi)框、紅色噴膠路徑，可借助線條顏色判斷直線類型并存入對應(yīng)的直線組。圖紙解析程序讀取流程圖如圖4所示。

圖4 圖紙解析程序讀取流程圖

經(jīng)圖紙解析程序獲得電視機(jī)背板圖紙的直線后，根據(jù)工藝要求噴膠路徑寬度不超過13 mm的特性，提取紅色噴涂路徑。噴涂路徑獲取后，根據(jù)路徑的、坐標(biāo)進(jìn)行分類和升序排序，獲得軸坐標(biāo)相等的直線，對縱坐標(biāo)排序，并將排序好的路徑輸出。圖紙解析算法流程圖如圖5所示。

圖5 圖紙解析算法流程圖

5 系統(tǒng)軟件開發(fā)

5.1 軟件開發(fā)流程

本文采用MFC結(jié)合多線程技術(shù)開發(fā)上位機(jī)軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時收發(fā)和圖像數(shù)據(jù)采集功能。首先，利用Visual Studio 2017的數(shù)據(jù)庫和支持更多新技術(shù)架構(gòu)的特點，創(chuàng)建MFC應(yīng)用程序項目，并在共享DLL中使用MFC[9]；然后，確定生成的類后開發(fā)設(shè)計軟件；最后，利用Windows編譯器編譯源代碼，并通過Visual Studio中自帶的安裝包生成程序?qū)⑸傻奈募?dǎo)入，實現(xiàn)電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件完整開發(fā)過程。

電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件包括狀態(tài)監(jiān)測、視覺定位、CAD文件讀取、數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)設(shè)置等5個界面。其中，狀態(tài)監(jiān)測界面需調(diào)用通信過程中所獲數(shù)據(jù)以確保實時狀態(tài)的改變；視覺定位界面需要調(diào)用相機(jī)庫以及第三方動態(tài)鏈接庫halcon.dll[10]；CAD文件讀取界面需由LIB-reDWG庫進(jìn)行圖紙解析；數(shù)據(jù)庫界面需要添加MySql驅(qū)動配置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫表的增、刪、改、查等操作；系統(tǒng)設(shè)置界面可配置通信所需的參數(shù)文件，在軟件的項目設(shè)置中需導(dǎo)入CSerialPort.dll對系統(tǒng)串口進(jìn)行調(diào)用[11]。

5.2 功能模塊

采用模塊化設(shè)計思想，根據(jù)以上5個界面進(jìn)行功能模塊劃分，分別為登錄模塊、圖像處理模塊、圖紙解析模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、通信及參數(shù)設(shè)置模塊，軟件結(jié)構(gòu)如圖6所示。各功能模塊獨立進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，可減少系統(tǒng)軟件出錯的概率。

圖6 電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

登錄模塊賦予技術(shù)人員更高的權(quán)限，使其在加工過程中可以修改參數(shù)設(shè)置；而一般的操作人員只允許瀏覽主監(jiān)測界面。

圖像處理模塊主要用于相機(jī)所拍照片的顯示、圖像識別、定位狀態(tài)與定位數(shù)據(jù)的顯示，如圖7所示。

圖7 視覺定位界面

CAD圖紙解析模塊主要用于選擇待加工電視機(jī)背板的圖紙，如圖8所示。利用LIB-reDWG庫進(jìn)行CAD圖紙解析，將圖紙中各個噴膠點保存在List控件中；通過Picture控件顯示并規(guī)劃噴膠路徑。成功選擇圖紙后，可點擊發(fā)送圖紙數(shù)據(jù)按鈕，將圖紙數(shù)據(jù)發(fā)送到從站PLC設(shè)備。

圖8 CAD文件讀取界面

數(shù)據(jù)庫模塊主要使用List、Edit和Button控件，包含2個子模塊（功能區(qū)和數(shù)據(jù)庫內(nèi)容區(qū)），如圖9所示。功能區(qū)用來篩選、查閱、刪除數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫內(nèi)容區(qū)包含背板的噴涂日期、背板型號、噴涂批次、該背板的左右、坐標(biāo)和偏轉(zhuǎn)角坐標(biāo)、當(dāng)前背板是否良品、當(dāng)前時刻的膠機(jī)、PLC狀態(tài)以及是否急停等。在加工過程中數(shù)據(jù)庫信息被實時記錄，并保存到MySql對應(yīng)的表格中。

圖9 數(shù)據(jù)庫界面

通信及參數(shù)設(shè)置模塊由視覺參數(shù)設(shè)置和通信參數(shù)設(shè)置2個子模塊構(gòu)成，如圖10所示。視覺參數(shù)設(shè)置模塊通過改變?nèi)肿兞縼砀脑O(shè)置參數(shù)，從而調(diào)整相機(jī)拍照時的閾值以及曝光參數(shù)。通信參數(shù)設(shè)置模塊通過調(diào)用CSerialPort.dll中的串口設(shè)置函數(shù)CSerial-PortInfo更改當(dāng)前通信的串口、波特率、校驗方式、數(shù)據(jù)位以及停止位，并提供單次發(fā)送測試通信的功能。

圖10 系統(tǒng)設(shè)置界面

5.3 試驗驗證

為驗證電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件的穩(wěn)定性，搭建的驗證平臺如圖11所示。

圖11 電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件驗證平臺

上位機(jī)軟件連續(xù)5次進(jìn)行視覺定位并執(zhí)行背板涂膠任務(wù)，定位結(jié)果如表3所示。

表3 背板定位數(shù)據(jù)

由表3可知，電視機(jī)背板、坐標(biāo)以及偏轉(zhuǎn)角都無較大偏差，說明該電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件穩(wěn)定可靠。實際生產(chǎn)過程中的運行情況如圖12所示。

圖12 實際涂膠生產(chǎn)過程

6 結(jié)論

本文在搭建電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用MFC應(yīng)用程序框架與C++編程語言設(shè)計電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)了背板加工生產(chǎn)的智能化、自動化。通過在試生產(chǎn)階段進(jìn)行連續(xù)噴膠結(jié)果表明，該軟件可進(jìn)行穩(wěn)定且高效的噴涂加工工作，具有實際應(yīng)用價值。

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Design and Application of Gluing System Software for TV Backplane

CHEN Yihang1DU Yuxiao1WU Zhuocheng1WANG Xiaoqiao2WANG Gongdong2ZHONG Nan2

(1.Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China 2. Hisense Electronics Co., Ltd. Jiangmen 529000, China)

In order to improve the current situation of low efficiency, low accuracy and no production record of TV backplane gluing, the software of TV backplane gluing system is designed on the basis of building the system hardware architecture and taking the mechanical arm gluing as the research object. Develop graphical user interface (GUI) applications under the framework of Microsoft Foundation classes (MFC); Compile CAD drawing analysis program combined with LIB-reDWG open source library; Using image processing technology to obtain the positioning information of TV backplane; Use MySQL database to save and manage backplane production information. The experimental verification shows that the software of the TV backplane gluing system can effectively spray the backplane, improve the production efficiency and gluing accuracy, and the software runs stably and reliably.

TV backplane; gluing system; Modbus communication protocol; MFC; drawing analysis

TP311.5

A

1674-2605(2022)02-0002-07

10.3969/j.issn.1674-2605.2022.02.002

陳祎杭，男，1997年生，碩士研究生，主要研究方向：工業(yè)機(jī)器人、智能制造。

杜玉曉（通信作者），男，1973年生，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向：智能制造裝備、醫(yī)療器械設(shè)備及腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)、數(shù)字圖像處理。E-mail: yuxiaodu@126.com

吳卓承，男，1997年生，碩士研究生，主要研究方向：機(jī)器視覺、圖像處理算法及應(yīng)用。

王小橋，男，1979年生，大專，主要研究方向：工業(yè)機(jī)器人與視覺測量技術(shù)。

王公東，男，1979年生，大專，主要研究方向：工業(yè)機(jī)器人與視覺測量技術(shù)。

鐘楠，男，1998年生，工學(xué)學(xué)士，主要研究方向：工業(yè)機(jī)器人與視覺測量技術(shù)。

陳祎杭,杜玉曉,吳卓承,等.電視機(jī)背板涂膠系統(tǒng)軟件的設(shè)計與應(yīng)用[J].自動化與信息工程,2022,43(2):8-14.

CHEN Yihang, DU Yuxiao, WU Zhuocheng, et al. Design and application of gluing system software for TV backplane[J]. Automation & Information Engineering, 2022,43(2):8-14.