摘要：本文主要闡述了正運(yùn)動(dòng)技術(shù)控制器在視覺飛拍上的應(yīng)用，采用高性能ZMC432控制器和基于FPGA的硬件比較輸出、精準(zhǔn)輸出功能， 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制+視覺飛拍，適用于自動(dòng)化行業(yè)對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的高速高精發(fā)展需求場(chǎng)合。

　　關(guān)鍵字：硬件比較輸出、精準(zhǔn)輸出、視覺飛拍

　　 正運(yùn)動(dòng)技術(shù)運(yùn)動(dòng)控制+視覺系統(tǒng)概述

　　ZMC432視覺飛拍應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　 1、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

　　正運(yùn)動(dòng)技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，主要由ZMC運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)和電機(jī)、絲桿(或者驅(qū)動(dòng)器、直線電機(jī)和光柵尺)等組成。

　　通過ZMC運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)脈沖或者EtherCAT總線方式發(fā)送命令控制器驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制;通過編碼器或者光柵尺的反饋位置MPOS，進(jìn)行位置比較輸出IO信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)相機(jī)的拍照。

　　2、視覺系統(tǒng)

　　正運(yùn)動(dòng)技術(shù)的視覺系統(tǒng)，主要由相機(jī)、鏡頭、光源、光源控制盒、視覺處理系統(tǒng)等組成。

　　根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度的快慢不同，對(duì)相機(jī)響應(yīng)時(shí)間、曝光時(shí)間以及鏡頭光圈、像素和光源等都有一定的要求。

　　機(jī)器視覺的定拍與飛拍對(duì)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(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)行到拍照點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)軸速度減為0停下來進(jìn)行拍照、圖像采集、運(yùn)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(yùn)動(dòng)，v-t圖如下。

　　2、視覺飛拍

　　針對(duì)傳統(tǒng)的視覺定拍，生產(chǎn)效率不夠高的問題，在一些應(yīng)用場(chǎng)合，越來越多的使用視覺飛拍來完成視覺拍照功能。即機(jī)構(gòu)按照既定的軌跡運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)行到拍照點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)軸不停下來，瞬間完成飛行抓拍的功能。

　　整個(gè)過程中移動(dòng)機(jī)構(gòu)不停止，從而節(jié)省機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)間，滿足效率，并且能保證運(yùn)行精度。

　　1)在精度保證的同時(shí)，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(yùn)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(shí)現(xiàn)方式

　　1、運(yùn)動(dòng)控制器的視覺定拍實(shí)現(xiàn)方式

　　普通IO輸出即可實(shí)現(xiàn)。

　　機(jī)器視覺系統(tǒng)中使用定拍的方式，會(huì)增加軸運(yùn)動(dòng)的啟停次數(shù)，相應(yīng)增加整個(gè)工藝的Cycle time，生產(chǎn)效率不高，并且頻繁的軸運(yùn)動(dòng)啟停會(huì)帶來機(jī)臺(tái)的振動(dòng)，在某些高速高精的場(chǎng)合甚至?xí)绊懼圃炀取?/p>

　　2、運(yùn)動(dòng)控制器視覺飛拍實(shí)現(xiàn)方式

　　視覺飛拍需要支持硬件比較輸出或者精準(zhǔn)輸出功能的控制器。

　　當(dāng)運(yùn)行到預(yù)定的拍照點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)軸不停下來，采用運(yùn)動(dòng)控制器的精準(zhǔn)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(yùn)動(dòng)過程中，根據(jù)視覺抓拍采集的產(chǎn)品像素位置變化，計(jì)算出機(jī)械坐標(biāo)偏移量，將偏移量發(fā)送給運(yùn)動(dòng)控制器,及時(shí)修正處理，完整飛拍功能。

　　軸運(yùn)動(dòng)時(shí)觸發(fā)IO拍照的實(shí)時(shí)性和圖像獲取、處理速度是整個(gè)飛拍過程中精度的保證。

　　正運(yùn)動(dòng)技術(shù)Zmotion運(yùn)動(dòng)控制器基于FPGA的硬件比較輸出，從驅(qū)動(dòng)器到達(dá)拍照位置，到相機(jī)完成觸發(fā)，整個(gè)精度可以控制在：

　　脈沖輸出方式的最小誤差1個(gè)脈沖，總線控制方式的最小誤差1us以內(nèi)。

　　當(dāng)電機(jī)帶編碼器或者光柵尺反饋時(shí)，硬件比較輸出功能自動(dòng)使用反饋位置MPOS來進(jìn)行觸發(fā)，當(dāng)不帶反饋時(shí)，此功能自動(dòng)使用發(fā)送位置DPOS的比較觸發(fā);根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)器差異性效果，也可以使用MOVEOP_DELAY參數(shù)來調(diào)整IO輸出的準(zhǔn)確時(shí)刻。

　　多種實(shí)現(xiàn)和調(diào)整方式，極大確保了運(yùn)動(dòng)控制器在高速高精場(chǎng)合視覺飛拍時(shí)的精度。

　　正運(yùn)動(dòng)技術(shù)硬件位置比較輸出相關(guān)指令

　　1、Basic編程指令相關(guān)

　    　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(dòng)比較器， 2- 停止并刪除沒完成的比較點(diǎn)

　            　Direction 0-坐標(biāo)負(fù)向，1- 坐標(biāo)正向，2-不判斷方向

　            　Reserve 預(yù)留

　            　Tablestart 第一個(gè)比較點(diǎn)坐標(biāo)所在TABLE編號(hào)

　　            Tableend 最后一個(gè)比較點(diǎn)坐標(biāo)所在TABLE編號(hào)

　    　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(dòng)比較器

　            　Opnum 對(duì)應(yīng)的輸出口

            　　Opstate 第一個(gè)比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)

　            　Tablestart 第一個(gè)比較點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)所在TABLE編號(hào)

　            　Tableend 最后一個(gè)比較點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)所在TABLE編號(hào)

　            　Direction 第一個(gè)點(diǎn)判斷方向，0-坐標(biāo)負(fù)向，1- 坐標(biāo)正向，-1-不使用方向

　　3)MOVE_OP——精準(zhǔn)輸出

　    　語(yǔ)法一：MOVE_OP ([ionum],value)

　        　參數(shù)：ionum 輸出編號(hào)，0-，沒有這個(gè)參數(shù)時(shí)輸出0-31

　　            Value 輸出狀態(tài)，多個(gè)輸出口操作時(shí)按位來指明多個(gè)口狀態(tài)

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

　　        參數(shù)：ionum1 要操作的第一個(gè)輸出通道

　            　ionum2 要操作的最后一個(gè)輸出通道

　            　value 輸出狀態(tài)，多個(gè)輸出口操作時(shí)按位來指明多個(gè)口狀態(tài)

　            　mask 按位來設(shè)置值，指定哪些IO需要操作，不填時(shí)從第一個(gè)通道到最后一個(gè)通道都操作

　　4)MOVEOP_DELAY——緩沖輸出延時(shí)

　            　MOVEOP_DELAY=timems參數(shù)：timems 毫秒數(shù)

　    　設(shè)置在BASE主軸上, 當(dāng)MOVE_OP精準(zhǔn)功能使用時(shí), 可以提前或延后實(shí)際觸發(fā)OP操作的時(shí)間。

　　2、PC上位機(jī)編程(C、C++、C#、Delphi、VB、.Net、LabVIEW、Python、matlab)的函數(shù)庫(kù)分別對(duì)應(yīng)的指令函數(shù)是：

　            　ZAux_Direct_HwPswitch

　            　ZAux_Direct_HwPswitch2

　            　ZAux_Direct_MoveOp

　　機(jī)器視覺的定拍與飛拍對(duì)比總結(jié)

　　機(jī)器視覺技術(shù)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備精密控制、智能化、自動(dòng)化、現(xiàn)代化的有效途徑和實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)性技術(shù)之一。機(jī)器視覺既可以替代人工肉眼的檢測(cè)，又可以識(shí)別人工肉眼所看不到的檢測(cè)范圍。隨著對(duì)生產(chǎn)效益、產(chǎn)能需求的日益增強(qiáng)，高速高精+機(jī)器視覺在自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展尤為重要。

　　正運(yùn)動(dòng)技術(shù)多款運(yùn)動(dòng)控制器/運(yùn)動(dòng)控制卡，可根據(jù)系統(tǒng)需求搭配不同PC硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)2m/s的運(yùn)行速度下，高達(dá)10um的視覺飛拍精度，降低運(yùn)行速度可實(shí)現(xiàn)重復(fù)精度1um以內(nèi)的視覺飛拍精度，在越來越多的行業(yè)(比如3C、電子半導(dǎo)體、包裝、機(jī)器人應(yīng)用等)被廣泛使用。

　　本文由正運(yùn)動(dòng)小助手原創(chuàng)，歡迎大家轉(zhuǎn)載，共同學(xué)習(xí)，一起提高中國(guó)智能制造水平。文章版權(quán)歸正運(yùn)動(dòng)技術(shù)所有，如有轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明文章來源。