運動控制器八通道PSO的視覺飛拍與精準輸出

本文主要介紹正運動技術EtherCAT控制器在多通道視覺飛拍與多點精準輸出上的應用，采用高性能ZMC408CE控制器，控制器內部高速FPGA實現(xiàn)硬件位置比較輸出、精準輸出功能，實現(xiàn)運動控制+多通道視覺飛拍與精準輸出功能。

一、硬件介紹

ZMC408CE是正運動推出的一款多軸高性能EtherCAT總線運動控制器，具有EtherCAT、EtherNET、RS232、CAN和U盤等通訊接口，ZMC系列運動控制器可應用于各種需要脫機或聯(lián)機運行的場合。

ZMC408CE支持8軸運動控制，最多可擴展至32軸，支持直線插補、任意圓弧插補、空間圓弧、螺旋插補、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨等功能。

ZMC408CE支持8軸運動控制，可采用脈沖軸（帶編碼器反饋）或EtherCAT總線軸，通用IO包含24個輸入口和16個輸出口，部分IO為高速IO，EtherCAT最快100us的刷新周期。

ZMC408CE支持8個通道的硬件比較輸出、硬件定時器、運動中精準輸出，還支持8通道PWM輸出，對應的輸出口為OUT0-7，支持8個通道同時觸發(fā)硬件比較輸出，用于多通道的視覺飛拍場合等。

ZMC408CE支持PLC、Basic、HMI組態(tài)三種編程方式。PC上位機API編程支持C#、C++、LabVIEW、Matlab、Qt、Linux、VB.Net、Python等接口。

ZMC408CE內置高精度PSO位置同步輸出功能，在加工圓角與曲線時即使進行有減速調整，在高速加工的場合中也能控制激光輸出的等間距輸出。

ZMC408CE的PSO功能如何實現(xiàn)視覺飛拍，請參見下文說明和參考例程。

二、視覺飛拍

針對傳統(tǒng)的視覺定拍，生產效率不夠高問題，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，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。

三、PSO觸發(fā)飛拍

為保證視覺飛拍的精度，需要在高速運動的場合完成觸發(fā)拍照，通過控制器的PSO功能可高速連續(xù)的觸發(fā)輸出，并使得觸發(fā)飛拍信號之后，輸出口能在一個脈沖內響應。

PSO功能由HW_PSWITCH2硬件比較輸出指令實現(xiàn)。

PSO(position synchronized output)即位置同步輸出，本質是通過采集實時的編碼器反饋位置(無編碼器可使用輸出的脈沖位置)與比較模式設定的位置進行比較，控制OP高速同步輸出信號，PSO示意圖如下。

PSO一般與激光器(或點膠噴射閥等設備)同步輸出信號進行相位同步，在運動軌跡的所有階段以恒定的空間(或者恒定時間)間隔觸發(fā)輸出開關，包括加速、減速和勻速段，從而實現(xiàn)脈沖能量均勻地作用在被加工物體上。PSO功能的特點就是能高速且穩(wěn)定的輸出信號，因為輸出精度足夠高，所以能夠在整個運動軌跡中以固定的距離觸發(fā)輸出信號而不用考慮總體速度。即在直線部分以很快的速度運動，而在圓角部分減速的同時也能保證輸出間距恒定，通常圓角加工部分在整個加工過程中占有比較小的部分，這樣在保證加工效果的同時，就可以最大限度地提高產能。

ZMC408CE運動控制器的PSO功能能應用在轉盤視覺篩選機上，高速控制視覺飛拍篩選，高精度點膠加工，高精度激光加工等應用優(yōu)勢如下：

（1）可實時控制轉盤，記錄編碼器的反饋位置；

（2）高速輸入口接傳感器，感應并記錄零件來料位置；

（3）PSO硬件位置比較輸出可接2-8個相機進行視覺飛拍、檢測和測量；

（4）PSO硬件位置比較輸出可接吹氣口，對視覺的檢測結果進行相應篩選分類。

通過振動盤將零件輸送到高透明玻璃轉臺，其次通過傳感器去感應來料的零件，再通過ZMC408CE的高速鎖存輸入口記錄來料的實際位置，當轉盤轉動到視覺檢測工位時，控制器通過高速輸出口觸發(fā)相機拍照，然后進行圖像處理運算，最后根據(jù)預設的標準檢測條件進行自動檢測篩選，并剔除不良品。

如需咨詢轉盤視覺篩選應用，請聯(lián)系正運動技術相關人員。

四、PSO功能實現(xiàn)指令

觸發(fā)連續(xù)視覺飛拍的命令是HW_PSWITCH2，HW_PSWITCH2主要用于設定觸發(fā)模式和比較輸出的位置，部分模式可搭配HW_TIMER硬件定時器使用，精準控制輸出時刻。

1.HW_PSWITCH2--總線硬件位置比較輸出

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

此指令模式很多，適用于不同的場合，支持一維二維三維的比較，本文主要以TABLE比較點的模式1和模式3展開說明，其他模式參見Basic編程手冊。

每個軸均有各自的硬件比較輸出緩沖區(qū)。讀取語法：Buff = HW_PSWITCH2([axisnum])

（1）Mode=1:單軸比較

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不使用方向此模式較為簡單，需要借助TABLE寄存器，把需要比較輸出的位置坐標先存儲到TABLE寄存器，然后PSO控制OP口每到達一個比較點的位置便反轉一次，直到全部坐標點比較完成。示意圖如下，P表示比較點，展示六個比較點的OP輸出情況。

（2）Mode=2：清除比較點

HW_PSWITCH2(2)

mode：2-停止并刪除沒完成的比較點

使用前需要調用此模式，清除可能沒有比較完成的數(shù)據(jù)。使用過程中也可以發(fā)送此命令，停止比較。

（3）Mode=3:矢量比較方式

mode：3-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VECTOR_MOVED所在TABLE編號

tableend：最后一個比較點VECTOR_MOVED坐標所在TABLE編號

說明：比較點寫在TABLE中，每到達一個比較矢量位置OP反轉一次。

使用矢量距離比較時，與VECTOR_MOVED進行比較，建議連續(xù)運動前設置VECTOR_MOVED初始值。

2.HW_PS2AXISNUM--設置PS2軸號

HW_PS2AXISNUM(axisnum1)=axisnum2

axisnum1：緩沖軸號

axisnum2：實際操作的軸號

HW指令有單獨的緩沖區(qū)，此指令用于把沒有使用的軸的HW_PSWITCH2緩沖重復利用起來，指向當前運動的主軸,，可以對當前的主軸同時做多個比較。

3.VECTOR_MOVED--當前運動距離

VECTOR_MOVED=VAR

參數(shù)：VAR返回軸當前運動的距離，units單位。

對多軸插補是矢量距離，使用之前最好手動清零，使用模式3前注意此指令的初始值設置是否正確。

五、單軸多通道PSO視覺飛拍

單軸多通道PSO視覺飛拍是在單軸運動過程中運動到指定位置觸發(fā)多個不同相機進行飛拍，觸發(fā)位置來源可以是自行設定也可以通過傳感器鎖存抓取。飛拍需要支持硬件位置比較輸出、精準輸出功能以及帶多個獨立HW通道的控制器，ZMC408CE有8個獨立的HW通道，可以同時給相機輸出信號觸發(fā)飛拍采集。

程序示例：OUT(0)和OUT(1)同時輸出。

RAPIDSTOP(2)
WAIT IDLE(0)
BASE(0)
ATYPE=1          '脈沖軸類型，比較需求位置DPOS
'ATYPE=4          '帶編碼器的脈沖軸類型，比較編碼器的位置MPOS
UNITS=5000
ACCEL=1000
DECEL=1000
SPEED=100
SRAMP=50
DPOS=0
MPOS=0
OP(0,OFF)
OP(1,OFF)
AXIS_ZSET(0)=19       '編碼器精準輸出
HW_PS2AXISNUM(1)=0    '將軸1緩沖指向軸0，-1取消
HW_PS2AXISNUM(0)=0    '將軸0緩沖指向軸0，-1取消
HW_PSWITCH2(2) AXIS(0)    '清空軸0比較點
HW_PSWITCH2(2) AXIS(1)    '清空軸1比較點
TABLE(0,50,52,75,77,100,102,125,127,150,152,175,177)    '設置比較點的table列表
TABLE(20,50,52,60,62,70,72,80,82,100,101,130,131,140,141)    '設置比較點的table列表
HW_PSWITCH2(1,0,1,0,11,1)  AXIS(0)    '硬件位置比較輸出，針對OUT(0)
HW_PSWITCH2(1,1,1,20,33,1) AXIS(1)    '硬件位置比較輸出，針對OUT(1)
TRIGGER   '觸發(fā)示波器
MOVEABS(200)
END

示波器波形如圖所示：采樣4個通道的波形，依次為軸0的目標位置、軸0的速度、輸出口0、輸出口1。

輸出0跟輸出1支持同時進行比較輸出，互相不干擾，均參考軸0的位置輸出。

六、多軸多通道PSO視覺飛拍

多軸多通道PSO視覺飛拍主要應用于多個相機在多軸插補運動時需要多點PSO視覺飛拍的情況。在項目中常常需要的是在插補直線或插補圓弧軌跡上進行比較輸出，這個時候如果將插補軌跡拆分成對應的各個軸坐標數(shù)據(jù)，運算量會非常大，不符合實際應用。所有對于多軸位置比較觸發(fā)飛拍時，我們常常會使用插補運動矢量合成距離來確定整個插補運動坐標位置，在這個坐標上設置比較點位置進行比較。

程序示例：OUT(0)，OUT(1)各自同步軸0，軸1多軸插補的PSO輸出。

RAPIDSTOP(2)
WAIT IDLE(0)
WAIT IDLE(1)
BASE(0,1)
ATYPE=1,1
UNITS=1000,1000
ACCEL=1000,1000
DECEL=1000,1000
SPEED=100,100
SRAMP=50,50
MERGE=1        '開啟連續(xù)插補
DPOS=0,0
MPOS=0,0
OP(0,OFF)
OP(1,OFF)
VECTOR_MOVED=0
AXIS_ZSET(0)=19                      '編碼器精準輸出
HW_PS2AXISNUM(1)=-1                   '取消設置
HW_PS2AXISNUM(1)=0                    '設置PS2軸號,將軸1緩沖指向軸0
HW_PSWITCH2(2) AXIS(0)          '清空軸0比較點
HW_PSWITCH2(2) AXIS(1)            '清空軸1比較點
TABLE(0,50,52,75,77,100,102,125,127,150,152,175,177)        '設置比較點的table列表
TABLE(20,50,55,80,88,100,102,130,135,160,162,175,180)        '設置比較點的table列表
HW_PSWITCH2(3,0,1,0,11) AXIS(0)     '硬件位置比較輸出，針對OUT(0)
HW_PSWITCH2(3,1,1,20,31) AXIS(1)    '硬件位置比較輸出，針對OUT(1)
TRIGGER                    '觸發(fā)示波器
BASE(0,1)                 '兩軸插補
MOVEABS(40,40)         '直線插補
MOVECIRCABS(40,-40,40,0,1) '圓弧插補
MOVEABS(0,0)         '直線插補
END

示波器波形如圖所示：采樣4個通道的波形，依次為軸0的目標位置，軸1的目標位置、輸出口0、輸出口1。輸出0跟輸出1在不同的位置同時進行比較輸出，每到一個比較點位置輸出口反轉一次，總共比較12次，每次輸出脈沖寬度控制在2個脈沖內均支持。

YT模式：數(shù)據(jù)隨時間變化。

XY模式：兩軸合成插補軌跡。

XYZ模式：三通道數(shù)據(jù)合成軌跡，OP(0)隨XY軸合成矢量距離變化情況。

XYZ模式：三通道數(shù)據(jù)合成軌跡，OP(1)隨XY軸合成矢量距離變化情況。

本次，正運動技術運動控制器八通道PSO的視覺飛拍與精準輸出，就分享到這里。

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審核編輯黃宇