運動控制+視覺系統(tǒng)解決方案

1.運動控制系統(tǒng)

該方案主要由ZMC運動控制器、伺服驅動和電機、絲桿（或者驅動器、直線電機和光柵尺）等組成。通過ZMC運動控制器發(fā)脈沖或者EtherCAT總線方式發(fā)送命令至控制器驅動器實現(xiàn)運動控制；通過編碼器或者光柵尺的反饋位置MPOS，進行位置比較輸出IO信號，從而實現(xiàn)相機的拍照。

圖1 ZMC432視覺飛拍應用系統(tǒng)架構圖

2.視覺系統(tǒng)

該視覺系統(tǒng)主要由相機、鏡頭、光源、光源控制盒、視覺處理系統(tǒng)等組成。根據(jù)運動速度的快慢不同，對相機響應時間、曝光時間以及鏡頭光圈、像素和光源等都有一定的要求。定拍與飛拍功能

1、定拍

傳統(tǒng)的視覺定位采取定拍的方式，即工件按照既定的軌跡運動，當運行到拍照點時，運動軸速度減為0停下來進行拍照、圖像采集、運算處理、糾偏，待視覺系統(tǒng)處理完成后，繼續(xù)完成接下來的軌跡運動，v-t關系圖如圖2所示。

圖2 視覺定位v-t圖

2、飛拍

針對傳統(tǒng)的視覺定拍，生產(chǎn)效率不夠高的問題，在一些應用場合中，越來越多地使用視覺飛拍來完成視覺拍照功能。即機構按照既定的軌跡運動，當運行到拍照點時，運動軸不停下來，瞬間完成飛行抓拍的功能。整個過程中移動機構不停止，從而節(jié)省機構運行時間，滿足效率，并且能保證運行精度。

（1）在精度保證的同時，可以不減速（v-t圖如圖3所示）。

圖3飛行抓拍v-t圖

（2）在精度不足的情況下，可以略微降速,分段運行，但速度不降為0（v-t圖如圖4所示）。

圖4精度不足情況下的飛行抓拍v-t圖

正運動控制器的實現(xiàn)方式

1.定拍

普通IO輸出即可實現(xiàn)。

機器視覺系統(tǒng)中使用定拍的方式，會增加軸運動的啟停次數(shù)，相應增加整個工藝的Cycletime，生產(chǎn)效率不高，并且頻繁的軸運動啟停會帶來機臺的振動，在某些高速高精的場合甚至會影響制造精度。

2.飛拍

需要支持硬件比較輸出或者精準輸出功能的控制器。

當運行到預定的拍照點時，運動軸不停下來，采用運動控制器的精準輸出或者硬件比較輸出功能，瞬間完成飛行抓拍的功能。并在運動過程中，根據(jù)視覺抓拍采集的產(chǎn)品像素位置變化，計算出機械坐標偏移量，將偏移量發(fā)送給運動控制器,及時修正處理，完整飛拍功能。

軸運動時觸發(fā)IO拍照的實時性和圖像獲取、處理速度是整個飛拍過程中精度的保證。正運動Zmotion運動控制器基于FPGA的硬件比較輸出，從驅動器到達拍照位置，到相機完成觸發(fā)，整個精度可以控制在：脈沖輸出方式的最小誤差1個脈沖，總線控制方式的最小誤差1us以內(nèi)。

當電機帶編碼器或者光柵尺反饋時，硬件比較輸出功能自動使用反饋位置MPOS來進行觸發(fā)，當不帶反饋時，此功能自動使用發(fā)送位置DPOS的比較觸發(fā)；根據(jù)不同的驅動器差異性效果，也可以使用MOVEOP_DELAY參數(shù)來調整IO輸出的準確時刻。多種實現(xiàn)和調整方式，極大地確保了運動控制器在高速、高精場合下視覺飛拍時的精度。

硬件位置比較輸出的相關指令

1.Basic編程指令相關

（1）HW_PSWITCH——硬件位置比較輸出

HW_PSWITCH(mode,direction,reserve,tablestart,tableend)

參數(shù)：mode1-啟動比較器,2-停止并刪除沒完成的比較點

Direction0-坐標負向,1-坐標正向,2-不判斷方向

Reserve預留

Tablestart第一個比較點坐標所在TABLE編號

Tableend最后一個比較點坐標所在TABLE編號

（2）HW_PSWITCH2——總線硬件位置比較輸出

HW_PSWITCH2(1,opnum,opstate,tablestart,tableend[,direction])

參數(shù)：mode1-啟動比較器

Opnum對應的輸出口

Opstate第一個比較點的輸出狀態(tài)

Tablestart第一個比較點絕對坐標所在TABLE編號

Tableend最后一個比較點絕對坐標所在TABLE編號

Direction第一個點判斷方向,0-坐標負向,1-坐標正向,-1-不使用方向

（3）MOVE_OP——精準輸出

語法一：MOVE_OP([ionum],value)

參數(shù)：ionum輸出編號，0-，沒有這個參數(shù)時輸出0-31

Value輸出狀態(tài)，多個輸出口操作時按位來指明多個口狀態(tài)

語法二：MOVE_OP(ionum1,ionum2,value[,mask])

參數(shù)：ionum1要操作的第一個輸出通道

ionum2要操作的最后一個輸出通道

value輸出狀態(tài)，多個輸出口操作時按位來指明多個口狀態(tài)

mask按位來設置值，指定哪些IO需要操作，不填時

從第一個通道到最后一個通道都操作

圖5 正運動控制器定拍實現(xiàn)方式

圖6 正運動控制器飛拍實現(xiàn)方式

（4）MOVEOP_DELAY——緩沖輸出延時

MOVEOP_DELAY=timems

參數(shù)：timems毫秒數(shù)

設置在BASE主軸上,當MOVE_OP精準功能使用時,可以提前或延后實際觸發(fā)OP操作的時間。

2.PC上位機編程（C,C++,C#,Delphi，VB,.Net,Labview,Python,matlab）的函數(shù)庫分別對應的指令函數(shù)是：

ZAux_Direct_HwPswitch

ZAux_Direct_HwPswitch2

ZAux_Direct_MoveOp

總結

機器視覺技術是實現(xiàn)設備精密控制、智能化、自動化、現(xiàn)代化的有效途徑和實現(xiàn)計算機集成制造的基礎性技術之一。機器視覺既可以替代人工肉眼的檢測，又可以識別人工肉眼所看不到的檢測范圍。隨著對生產(chǎn)效益、產(chǎn)能需求的日益增強，高速高精+機器視覺在自動化領域的發(fā)展尤為重要。

正運動技術多款運動控制器/運動控制卡可根據(jù)系統(tǒng)需求搭配不同PC硬件平臺,來實現(xiàn)2m/s的運行速度下最高10um的視覺飛拍精度，降低運行速度最高重復精度1um以內(nèi)的視覺飛拍精度，目前已在越來越多的行業(yè)（如3C、電子半導體、包裝、機器人應用等）被廣泛使用。