摘要：本文主要闡述了正運動技術控制器在視覺飛拍上的應用，采用高性能ZMC432控制器和基于FPGA的硬件比較輸出、精準輸出功能， 實現(xiàn)運動控制+視覺飛拍，適用于自動化行業(yè)對機械運動的高速高精發(fā)展需求場合。

　　關鍵字：硬件比較輸出、精準輸出、視覺飛拍

　　 正運動技術運動控制+視覺系統(tǒng)概述

　　ZMC432視覺飛拍應用系統(tǒng)架構圖

　　 1、運動控制系統(tǒng)

　　正運動技術的運動控制系統(tǒng)，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。

　　2、視覺系統(tǒng)

　　正運動技術的視覺系統(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。

　　機器視覺的定拍與飛拍對比

　　1、視覺定拍

　　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圖如下。

　　2、視覺飛拍

　　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，越來越多的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圖如下。

　　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圖如下。

　　控制器的視覺定拍和飛拍實現(xiàn)方式

　　1、運動控制器的視覺定拍實現(xiàn)方式

　　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Cycle time，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、運動控制器視覺飛拍實現(xiàn)方式

　　視覺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。

　　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。

　　正運動技術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。

　　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，極大確保了運動控制器在高速高精場合視覺飛拍時的精度。

　　正運動技術硬件位置比較輸出相關指令

　　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)：mode 1-啟動比較器， 2- 停止并刪除沒完成的比較點

　            　Direction 0-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)：mode 1-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

　　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

　　機器視覺的定拍與飛拍對比總結

　　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，實現(xiàn)2m/s的運行速度下，高達10um的視覺飛拍精度，降低運行速度可實現(xiàn)重復精度1um以內的視覺飛拍精度，在越來越多的行業(yè)(比如3C、電子半導體、包裝、機器人應用等)被廣泛使用。

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