正运动技术丨高精度硬件比较输出在视觉飞拍上的应用

　　摘要：本文主要阐述了正运动技术控制器在视觉飞拍上的应用，采用高性能ZMC432控制器和基于FPGA的硬件比较输出、精准输出功能， 实现运动控制+视觉飞拍，适用于自动化行业对机械运动的高速高精发展需求场合。

　　关键字：硬件比较输出、精准输出、视觉飞拍

　　 正运动技术运动控制+视觉系统概述

　　ZMC432视觉飞拍应用系统架构图

　　 1、运动控制系统

　　正运动技术的运动控制系统，主要由ZMC运动控制器、伺服驱动和电机、丝杆(或者驱动器、直线电机和光栅尺)等组成。

　　通过ZMC运动控制器发脉冲或者EtherCAT总线方式发送命令控制器驱动器实现运动控制;通过编码器或者光栅尺的反馈位置MPOS，进行位置比较输出IO信号，从而实现相机的拍照。

　　2、视觉系统

　　正运动技术的视觉系统，主要由相机、镜头、光源、光源控制盒、视觉处理系统等组成。

　　根据运动速度的快慢不同，对相机响应时间、曝光时间以及镜头光圈、像素和光源等都有一定的要求。

　　机器视觉的定拍与飞拍对比

　　1、视觉定拍

　　传统的视觉定位采取定拍的方式，即工件按照既定的轨迹运动，当运行到拍照点时，运动轴速度减为0停下来进行拍照、图像采集、运算处理、纠偏，待视觉系统处理完成后，继续完成接下来的轨迹运动，v-t图如下。

　　2、视觉飞拍

　　针对传统的视觉定拍，生产效率不够高的问题，在一些应用场合，越来越多的使用视觉飞拍来完成视觉拍照功能。即机构按照既定的轨迹运动，当运行到拍照点时，运动轴不停下来，瞬间完成飞行抓拍的功能。

　　整个过程中移动机构不停止，从而节省机构运行时间，满足效率，并且能保证运行精度。

　　1)在精度保证的同时，可以不减速，v-t图如下。

　　2)在精度不足的情况下，可以略微降速,分段运行，但速度不降为0，v-t图如下。

　　控制器的视觉定拍和飞拍实现方式

　　1、运动控制器的视觉定拍实现方式

　　普通IO输出即可实现。

　　机器视觉系统中使用定拍的方式，会增加轴运动的启停次数，相应增加整个工艺的Cycle time，生产效率不高，并且频繁的轴运动启停会带来机台的振动，在某些高速高精的场合甚至会影响制造精度。

　　2、运动控制器视觉飞拍实现方式

　　视觉飞拍需要支持硬件比较输出或者精准输出功能的控制器。

　　当运行到预定的拍照点时，运动轴不停下来，采用运动控制器的精准输出或者硬件比较输出功能，瞬间完成飞行抓拍的功能。

　　在运动过程中，根据视觉抓拍采集的产品像素位置变化，计算出机械坐标偏移量，将偏移量发送给运动控制器,及时修正处理，完整飞拍功能。

　　轴运动时触发IO拍照的实时性和图像获取、处理速度是整个飞拍过程中精度的保证。

　　正运动技术Zmotion运动控制器基于FPGA的硬件比较输出，从驱动器到达拍照位置，到相机完成触发，整个精度可以控制在：

　　脉冲输出方式的最小误差1个脉冲，总线控制方式的最小误差1us以内。

　　当电机带编码器或者光栅尺反馈时，硬件比较输出功能自动使用反馈位置MPOS来进行触发，当不带反馈时，此功能自动使用发送位置DPOS的比较触发;根据不同的驱动器差异性效果，也可以使用MOVEOP_DELAY参数来调整IO输出的准确时刻。

　　多种实现和调整方式，极大确保了运动控制器在高速高精场合视觉飞拍时的精度。

　　正运动技术硬件位置比较输出相关指令

　　1、Basic编程指令相关

　    　1)HW_PSWITCH——硬件位置比较输出

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

　　    参数：mode 1-启动比较器， 2- 停止并删除没完成的比较点

　            　Direction 0-坐标负向，1- 坐标正向，2-不判断方向

　            　Reserve 预留

　            　Tablestart 第一个比较点坐标所在TABLE编号

　　            Tableend 最后一个比较点坐标所在TABLE编号

　    　2)HW_PSWITCH2——总线硬件位置比较输出

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

　    　参数：mode 1-启动比较器

　            　Opnum 对应的输出口

            　　Opstate 第一个比较点的输出状态

　            　Tablestart 第一个比较点绝对坐标所在TABLE编号

　            　Tableend 最后一个比较点绝对坐标所在TABLE编号

　            　Direction 第一个点判断方向，0-坐标负向，1- 坐标正向，-1-不使用方向

　　3)MOVE_OP——精准输出

　    　语法一：MOVE_OP ([ionum],value)

　        　参数：ionum 输出编号，0-，没有这个参数时输出0-31

　　            Value 输出状态，多个输出口操作时按位来指明多个口状态

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

　　        参数：ionum1 要操作的第一个输出通道

　            　ionum2 要操作的最后一个输出通道

　            　value 输出状态，多个输出口操作时按位来指明多个口状态

　            　mask 按位来设置值，指定哪些IO需要操作，不填时从第一个通道到最后一个通道都操作

　　4)MOVEOP_DELAY——缓冲输出延时

　            　MOVEOP_DELAY=timems参数：timems 毫秒数

　    　设置在BASE主轴上, 当MOVE_OP精准功能使用时, 可以提前或延后实际触发OP操作的时间。

　　2、PC上位机编程(C、C++、C#、Delphi、VB、.Net、LabVIEW、Python、matlab)的函数库分别对应的指令函数是：

　            　ZAux_Direct_HwPswitch

　            　ZAux_Direct_HwPswitch2

　            　ZAux_Direct_MoveOp

　　机器视觉的定拍与飞拍对比总结

　　机器视觉技术是实现设备精密控制、智能化、自动化、现代化的有效途径和实现计算机集成制造的基础性技术之一。机器视觉既可以替代人工肉眼的检测，又可以识别人工肉眼所看不到的检测范围。随着对生产效益、产能需求的日益增强，高速高精+机器视觉在自动化领域的发展尤为重要。

　　正运动技术多款运动控制器/运动控制卡，可根据系统需求搭配不同PC硬件平台，实现2m/s的运行速度下，高达10um的视觉飞拍精度，降低运行速度可实现重复精度1um以内的视觉飞拍精度，在越来越多的行业(比如3C、电子半导体、包装、机器人应用等)被广泛使用。

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