1 市場(chǎng)應(yīng)用背景
在產(chǎn)業(yè)鏈自主可控戰(zhàn)略的推動(dòng)下，半導(dǎo)體、3C電子（PCB板/顯示屏）、新能源（電池極片）等行業(yè)對(duì) “高精度、高產(chǎn)能、高穩(wěn)定”質(zhì)檢設(shè)備的需求激增。AOI（自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)）設(shè)備作為產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵質(zhì)檢環(huán)節(jié)，承擔(dān)著產(chǎn)品缺陷識(shí)別（劃痕、尺寸偏差、異物殘留）的核心功能，其性能直接決定下游產(chǎn)品良率與產(chǎn)能。

AOI檢測(cè)設(shè)備的核心工作流程為：工件上料→視覺(jué)定位→平臺(tái)/鏡頭運(yùn)動(dòng)掃描 → 圖像采集 →缺陷判斷 →工件下料，其中“平臺(tái)/鏡頭運(yùn)動(dòng)控制”與“視覺(jué)-運(yùn)動(dòng)協(xié)同”是決定設(shè)備精度與效率的關(guān)鍵。運(yùn)動(dòng)控制卡作為AOI設(shè)備的“大腦”，需同步實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)同、高速飛拍觸發(fā)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互三大核心任務(wù)。

2 XPCIE1032H在AOI檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)用對(duì)比傳統(tǒng)方案
AOI檢測(cè)設(shè)備需同時(shí)控制多組鏡頭、檢測(cè)平臺(tái)、上下料機(jī)構(gòu)，且對(duì)視覺(jué)定位與運(yùn)動(dòng)觸發(fā)的同步性要求嚴(yán)苛，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在明顯短板，XPCIE1032H方案通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)全面突破。
（1）傳統(tǒng)控制系統(tǒng)方案
①PLC+觸摸屏+工控機(jī)+視覺(jué)方案
該方案以PLC為運(yùn)動(dòng)控制核心，工控機(jī)運(yùn)行視覺(jué)算法，需通過(guò)觸摸屏與工控機(jī)雙屏分別調(diào)試運(yùn)動(dòng)與視覺(jué)參數(shù)，切換繁瑣；PLC受掃描周期限制（響應(yīng)延遲＞100ms），與工控機(jī)網(wǎng)口通訊速率慢（數(shù)據(jù)交互周期＞500μs），導(dǎo)致AOI設(shè)備UPH（每小時(shí)檢測(cè)量）僅100-150片，且檢測(cè)漏判率超3%。

②傳統(tǒng)PCI脈沖運(yùn)動(dòng)控制卡+工控機(jī)+視覺(jué)方案
這種方案雖解決了雙屏調(diào)試問(wèn)題（運(yùn)動(dòng)與視覺(jué)在工控機(jī)單屏調(diào)試），但依賴PCI總線與視覺(jué)系統(tǒng)交互，數(shù)據(jù)延遲達(dá)50-80μs；多鏡頭協(xié)同掃描時(shí)同步誤差＞0.1mm，無(wú)法適配300mm晶圓、2m電池極片等大尺寸工件檢測(cè)，且接線復(fù)雜（每軸需脈沖/方向線），維護(hù)成本高。

（2）正運(yùn)動(dòng)技術(shù)解決方案
為突破傳統(tǒng)方案瓶頸，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)采用 “工控機(jī)+ XPCIE1032H超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡 + 機(jī)器視覺(jué)”的核心架構(gòu)，通過(guò)MotionRT750實(shí)時(shí)內(nèi)核與CPU內(nèi)存直連交互技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了AOI設(shè)備的性能躍升。

優(yōu)勢(shì)一：MotionRT750實(shí)時(shí)內(nèi)核，獨(dú)占x86 CPU內(nèi)核
XPCIE1032H搭載Windows運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核 MotionRT 750，采用“Windows非實(shí)時(shí)層+MotionRT750實(shí)時(shí)層”雙架構(gòu)：
· 實(shí)時(shí)層獨(dú)占x86 CPU 1個(gè)物理內(nèi)核，隔絕Windows系統(tǒng)波動(dòng)（如進(jìn)程占用、內(nèi)存調(diào)度）影響，運(yùn)動(dòng)控制周期穩(wěn)定無(wú)抖動(dòng)；
· 非實(shí)時(shí)層可運(yùn)行VS、Qt、LabVIEW等開(kāi)發(fā)視覺(jué)軟件，運(yùn)動(dòng)控制跑在MotionRT750實(shí)時(shí)層，調(diào)試無(wú)需切換設(shè)備，開(kāi)發(fā)效率提升40%。

優(yōu)勢(shì)二：高交互，指令交互周期快至μs級(jí)
XPCIE1032H直接調(diào)用工控機(jī)CPU與內(nèi)存計(jì)算，無(wú)需依賴PCI/網(wǎng)口等外部總線，與視覺(jué)系統(tǒng)的指令交互速率較傳統(tǒng)方案呈量級(jí)提升，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如下：

該優(yōu)勢(shì)使AOI設(shè)備可實(shí)現(xiàn)“視覺(jué)定位 →運(yùn)動(dòng)調(diào)整”閉環(huán)響應(yīng)快至us級(jí)，缺陷復(fù)檢效率提升30%。

優(yōu)勢(shì)三：強(qiáng)實(shí)時(shí)，控制周期快至50μs
XPCIE1032H支持EtherCAT總線與脈沖混合控制，核心實(shí)時(shí)性能參數(shù)如下：
· 32軸EtherCAT同步周期快至125μs，控制周期最快達(dá)50μs，運(yùn)動(dòng)控制更快更穩(wěn)；
· 多鏡頭/多平臺(tái)同步誤差＜0.01mm，適配300mm晶圓環(huán)形掃描、2m極片連續(xù)檢測(cè)；
· EtherCAT方案僅需一根總線電纜連接所有驅(qū)動(dòng)器，接線量減少80%，維護(hù)成本降低50%。

優(yōu)勢(shì)四：更穩(wěn)定、更安全、更可靠
AOI設(shè)備需7*24h不間斷運(yùn)行，XPCIE1032H通過(guò)雙重保障提升系統(tǒng)穩(wěn)定性：
· EtherCAT總線冗余：支持主備雙總線設(shè)計(jì)，斷線時(shí)自動(dòng)切換，停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)降低 90%；

· 無(wú)懼PC藍(lán)屏：Windows系統(tǒng)藍(lán)屏?xí)r，MotionRT750實(shí)時(shí)層獨(dú)立運(yùn)行，急停按鈕、運(yùn)動(dòng)鎖存、IO信號(hào)正常響應(yīng)，避免工件損壞與生產(chǎn)中斷，藍(lán)屏恢復(fù)后無(wú)需重新調(diào)試，恢復(fù)時(shí)間從30min縮短至5min。

優(yōu)勢(shì)五：視覺(jué)飛拍，提升檢測(cè)效率
（1）單相機(jī)視覺(jué)飛拍
使用飛拍技術(shù)，當(dāng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)到拍照點(diǎn)區(qū)域，由XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)控制卡高速輸出口觸發(fā)相機(jī)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)停頓拍照，微秒級(jí)的觸發(fā)時(shí)間，數(shù)毫秒間輸出視覺(jué)運(yùn)算結(jié)果，再利用相機(jī)回傳的位置數(shù)據(jù)，對(duì)角度和位置進(jìn)行修正補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)位置的糾偏，既保證效率，又確保了精度。

（2）多相機(jī)獨(dú)立視覺(jué)飛拍
針對(duì)多工位（或者雙XYZ）的視覺(jué)AOI檢測(cè)，多個(gè)工位是相互獨(dú)立控制的，需要多個(gè)高速輸出口在一個(gè)比較周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)點(diǎn)或者多個(gè)位置的飛拍功能。XPCIE1032H支持16路獨(dú)立硬件位置比較輸出，可多路同時(shí)飛拍，提升效率，并且不丟圖。

3 XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)控制卡產(chǎn)品介紹
(1)XPCIE1032H 產(chǎn)品硬件性能特點(diǎn)

· 多軸控制能力：支持6-64軸EtherCAT總線+脈沖混合控制，其中4路單端500KHz脈沖輸出，兼容伺服/步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器；
· 高速同步性能：32軸EtherCAT同步周期125μs，控制周期最快50μs，支持多卡聯(lián)動(dòng)擴(kuò)展；
·  IO與飛拍功能：板載16路通用輸入（8路高速輸入）、16路通用輸出（16 路高速輸出），支持16路獨(dú)立硬件 PSO（位置比較輸出），飛拍觸發(fā)延遲＜50ns；
· 運(yùn)動(dòng)控制功能：支持直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、SS曲線加減速、連續(xù)軌跡前瞻；集成電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、螺距補(bǔ)償，適配 AOI 復(fù)雜掃描軌跡；
· 兼容性：支持Windows/Linux系統(tǒng)，兼容Halcon、 VisionPro等主流視覺(jué)軟件，統(tǒng)一API接口適配正運(yùn)動(dòng)全系列產(chǎn)品。
4 XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)控制卡在AOI檢測(cè)設(shè)備上的應(yīng)用方案
（1）AOI檢測(cè)設(shè)備核心機(jī)構(gòu)與控制流程
AOI檢測(cè)設(shè)備主要由上料機(jī)構(gòu)、軌道調(diào)寬機(jī)構(gòu)、檢測(cè)平臺(tái)（X/Y軸）、鏡頭組（Z/R軸）、視覺(jué)系統(tǒng)、缺陷標(biāo)記機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)組成，控制流程如下：

① 上料機(jī)構(gòu)調(diào)整初始位置，將工件（如 PCB 板、晶圓）傳送至檢測(cè)平臺(tái)；
② 視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)工件基準(zhǔn)點(diǎn)定位，輸出坐標(biāo)偏差至 XPCIE1032H；
③ 控制卡驅(qū)動(dòng) X/Y 平臺(tái)調(diào)整工件位置，驅(qū)動(dòng) Z/R 軸調(diào)節(jié)鏡頭焦距與角度；
④ 通過(guò) PSO 功能觸發(fā)相機(jī)在預(yù)設(shè)位置飛行拍照，采集工件圖像；
⑤ 視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別缺陷后，控制卡控制標(biāo)記機(jī)構(gòu)打點(diǎn)，并觸發(fā)下料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移工件；
⑥ 循環(huán)執(zhí)行上述步驟，實(shí)現(xiàn)連續(xù)檢測(cè)。

（２）XPCIE1032H 方案配置
?EtherCAT 總線應(yīng)用：通過(guò) EtherCAT 接口連接 12 軸伺服驅(qū)動(dòng)器，分別控制：X/Y 檢測(cè)平臺(tái)（2 軸）、3 組鏡頭 Z/R 軸（6 軸）、上料 / 下料機(jī)構(gòu)（2 軸）、缺陷標(biāo)記機(jī)構(gòu)（2 軸）；同時(shí)連接 ZMIO310-ECAT IO 擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展檢測(cè)工位傳感器信號(hào)；
?IO 信號(hào)配置：板載 16 路 DI 連接“工件到位傳感器（2 路）、急停按鈕（1 路）、平臺(tái)限位（4 路）、相機(jī)就緒信號(hào)（2 路）”；16 路 DO 連接“相機(jī)觸發(fā)（6 路）、光源控制（3 路）、標(biāo)記電磁閥（2 路）、上 / 下料氣缸（3 路）”；
?PSO 飛拍應(yīng)用：基于工件運(yùn)動(dòng)速度（如 3m/s），預(yù)設(shè) 8 個(gè) PSO 觸發(fā)點(diǎn)，控制 6 臺(tái)相機(jī)同步采集工件不同區(qū)域圖像，避免重復(fù)掃描。

（３）硬件選型配置

5 XPCIE1032H運(yùn)動(dòng)控制卡在AOI檢測(cè)設(shè)備上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）統(tǒng)一 API，開(kāi)發(fā)靈活高效
支持C++/C#/Python/Qt/ROS等多種上位機(jī)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，正運(yùn)動(dòng)全系列產(chǎn)品共用一套API函數(shù)，無(wú)需重復(fù)適配不同控制卡，AOI設(shè)備開(kāi)發(fā)周期縮短40%。
（2）突破實(shí)時(shí)瓶頸，檢測(cè)精度躍升
徹底解決傳統(tǒng)方案“運(yùn)動(dòng) - 視覺(jué)”交互延遲問(wèn)題，多軸同步誤差＜0.01mm， PSO飛拍觸發(fā)精度±0.001mm， PCB板檢測(cè)漏判率從3%降至0.1%，晶圓尺寸檢測(cè)精度達(dá)±0.002mm。
（3）極速響應(yīng)，產(chǎn)能顯著提升
基于μs級(jí)指令交互與50μs控制周期，AOI設(shè)備UPH從傳統(tǒng)方案的100-150片提升至250-350片，單條產(chǎn)線日均檢測(cè)量增加3000+片，整體生產(chǎn)效率提升10+%。
（4）多通道飛拍，縮短檢測(cè)周期
16路獨(dú)立硬件PSO支持多工位相機(jī)同步觸發(fā)，如PCB板檢測(cè)時(shí)6臺(tái)相機(jī)同時(shí)采集“板邊 - 焊盤 - 芯片” 區(qū)域，單次檢測(cè)時(shí)間從4.1s縮短至3s，CT（周期時(shí)間）降低26.8%。
（5）柔性運(yùn)動(dòng)控制，保護(hù)工件安全
集成SS曲線加減速與拱形運(yùn)行功能，檢測(cè)平臺(tái)啟動(dòng)/停止時(shí)更穩(wěn)更絲滑，避免工件因沖擊偏移；支持在線變速，識(shí)別缺陷區(qū)域時(shí)自動(dòng)降低運(yùn)動(dòng)速度，提升缺陷捕捉率。
6 應(yīng)用效果驗(yàn)證
某3C電子企業(yè)采用XPCIE1032H方案改造PCB板AOI檢測(cè)設(shè)備后，核心指標(biāo)提升如下：
· 檢測(cè)精度：從 ±0.01mm 提升至 ±0.002mm；
· 設(shè)備 UPH：從230片/小時(shí)提升至280片 / 小時(shí)；
· 圖像模糊率：從7%降至0.3%；
· 系統(tǒng)停機(jī)率：從5次/月降至0.2次/月；
· 人工干預(yù)：從15次/天降至1次/天，年節(jié)省人工成本約60萬(wàn)元。