運(yùn)動(dòng)控制+視覺(jué)系統(tǒng)解決方案

1.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

該方案主要由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(guò)ZMC運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)脈沖或者EtherCAT總線方式發(fā)送命令至控制器驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制；通過(guò)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。

圖1 ZMC432視覺(jué)飛拍應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.視覺(jué)系統(tǒng)

該視覺(jué)系統(tǒng)主要由相機(jī)、鏡頭、光源、光源控制盒、視覺(jué)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。定拍與飛拍功能

1、定拍

傳統(tǒng)的視覺(jué)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(lái)進(jìn)行拍照、圖像采集、運(yùn)算處理、糾偏，待視覺(jué)系統(tǒng)處理完成后，繼續(xù)完成接下來(lái)的軌跡運(yùn)動(dòng)，v-t關(guān)系圖如圖2所示。

圖2 視覺(jué)定位v-t圖

2、飛拍

針對(duì)傳統(tǒng)的視覺(jué)定拍，生產(chǎn)效率不夠高的問(wèn)題，在一些應(yīng)用場(chǎng)合中，越來(lái)越多地使用視覺(jué)飛拍來(lái)完成視覺(jué)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(lái)，瞬間完成飛行抓拍的功能。整個(gè)過(guò)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(yùn)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(yùn)動(dòng)控制器的實(shí)現(xiàn)方式

1.定拍

普通IO輸出即可實(shí)現(xiàn)。

機(jī)器視覺(jué)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Cycletime，生產(chǎn)效率不高，并且頻繁的軸運(yùn)動(dòng)啟停會(huì)帶來(lái)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.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(lái)，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。并在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，根據(jù)視覺(jué)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(guò)程中精度的保證。正運(yùn)動(dòng)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(lái)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(lái)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，極大地確保了運(yùn)動(dòng)控制器在高速、高精場(chǎng)合下視覺(jué)飛拍時(shí)的精度。

硬件位置比較輸出的相關(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)：mode1-啟動(dòng)比較器,2-停止并刪除沒(méi)完成的比較點(diǎn)

Direction0-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)：mode1-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(méi)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(lái)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(lái)指明多個(gè)口狀態(tài)

mask按位來(lái)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

圖5 正運(yùn)動(dòng)控制器定拍實(shí)現(xiàn)方式

圖6 正運(yùn)動(dòng)控制器飛拍實(shí)現(xiàn)方式

（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

總結(jié)

機(jī)器視覺(jué)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(jué)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(jué)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),來(lái)實(shí)現(xiàn)2m/s的運(yùn)行速度下最高10um的視覺(jué)飛拍精度，降低運(yùn)行速度最高重復(fù)精度1um以內(nèi)的視覺(jué)飛拍精度，目前已在越來(lái)越多的行業(yè)（如3C、電子半導(dǎo)體、包裝、機(jī)器人應(yīng)用等）被廣泛使用。