基于VPLC7機器視覺運動控制一體機的UVW視覺對位解決方案

一、市場應(yīng)用背景

隨著平板顯示器（包括TFT/LCD、PDP和OLED）等產(chǎn)品的尺寸增大，以及同時需要兼容小型化高精度產(chǎn)品的需求加劇，各大廠商對視覺對位工藝流程的負載能力、移動平臺范圍、效率和精度提出了更高的要求。因此，UVW對位平臺成為滿足這些需求用戶的理想選擇。

UVW對位平臺，也稱XXY對位平臺，屬于三軸并聯(lián)運動機構(gòu)，通過三個線性運動軸的協(xié)同控制，能夠?qū)崿F(xiàn)以平面上任意一點的中心旋轉(zhuǎn)和任意方向平移。配合CCD視覺系統(tǒng)，平臺在X-Y平面和θ角度進行精密微調(diào)，從而達到高精度視覺對位功能，精度可達±0.001mm。

UVW視覺對位平臺廣泛應(yīng)用于需要高速高精位置對齊的智能裝備，包括曝光機、邦定機、絲網(wǎng)印刷機、晶圓對位、PCB鉆孔機、貼合機（LCD/FPC）、視覺模切機、鋰電池疊片等。

傳統(tǒng)XYθ平臺方案存在的局限性：

XYθ平臺的結(jié)構(gòu)相對簡單，主要由兩個X、Y直線軸和一個旋轉(zhuǎn)軸組成，主要進行XY平面內(nèi)的位移和中心旋轉(zhuǎn)運動，無法根據(jù)任意一點坐標進行中心旋轉(zhuǎn)，影響其在高精度視覺對位場合中應(yīng)用，靈活性不高。

XYθ平臺的垂直堆疊結(jié)構(gòu)使得工作臺較為笨重，不便于快速移動或調(diào)整，不方便與其他運動軸進行融合，降低了自動化設(shè)備開發(fā)的效率。XYθ平臺與UVW平臺相比，其在剛性、負載能力及重復(fù)定位精度方面也有所不足，限制了其在高速高精的視覺對位場合中的應(yīng)用。

正運動技術(shù)解決方案:

正運動技術(shù)針對現(xiàn)有市場需求，開發(fā)了一種基于VPLC7系列機器視覺運動控制一體機的UVW視覺對位解決方案，用戶通過選擇對應(yīng)模型的軸列表，使用對應(yīng)指令建立機械手正逆解，轉(zhuǎn)換為各聯(lián)動軸的移動距離。配合高精度CCD視覺系統(tǒng)，即可快速實現(xiàn)高速高精的雙目或四目UVW視覺對位應(yīng)用。

正運動技術(shù)的UVW平臺運動控制算法兼容三種常見模型：FRAME33、FRAME34、FRAME37分別對應(yīng)兩種機械結(jié)構(gòu)（PRP、PPR）跟兩個坐標系方向（XYY、XXY），可以實現(xiàn)單軸直線運動、兩軸線性插補、兩軸圓弧插補、空間圓弧等復(fù)雜運動。

VPLC7系列機器視覺運動控制一體機集成視覺和運控于一體，替代傳統(tǒng)的PC工控機+視覺軟件+運動控制方案，硬件接線更方便，成本更低。搭載正運動技術(shù)運動控制實時內(nèi)核MotionRT7，核內(nèi)交互，指令調(diào)用速度快至us級，提升加工和檢測效率。

二、VPLC7機器視覺運動控制一體機在UVW視覺對位的應(yīng)用

UVW視覺四目對位應(yīng)用示意圖

傳統(tǒng)的UVW視覺對位方案

工控機+視覺軟件+運動控制卡的組合方案，配件多，接線復(fù)雜，視覺與運動控制需要相互數(shù)據(jù)交互，故障排查麻煩，并且多套硬件成本和維護較高。

正運動技術(shù)UVW視覺對位方案設(shè)計

EtherNET接口：千兆網(wǎng)口，通過交換機最多可接8個相機；

EtherCAT接口：接EtherCAT總線驅(qū)動器，控制UVW驅(qū)動電機；

20DI：接原點、限位等傳感器，以及開關(guān)信號等；

20DO：接輸出開關(guān)信號，也可接單端脈沖輸出（500KHz）；

HDMI接口：接顯示屏；

USB接口：接鼠標鍵盤等。

運動控制與機器視覺實現(xiàn)過程

（1）機器視覺

根據(jù)具體應(yīng)用需求，使用2個或4個面陣相機進行拍攝對位標記點。通過配置相機參數(shù)和選擇Mark點創(chuàng)建目標區(qū)域即可一步完成標定，獲取標定系數(shù)，簡化視覺操作步驟，降低了現(xiàn)場應(yīng)用的難度。

系統(tǒng)自動計算出目標位置與實際位置之間的偏差（包括U、V、W軸的位置偏移及θ軸的角度偏移），實現(xiàn)UVW視覺對位功能。

（2）運動控制

選擇對應(yīng)模型的軸列表，設(shè)置關(guān)節(jié)軸參數(shù)及虛擬軸參數(shù)，確定機械手零點位置(RAME33需要保證VW軸是水平的。平臺上任意一點可作為零點，保證結(jié)構(gòu)參數(shù)正確即可)，之后使用對應(yīng)指令建立機械手正逆解，計算出UVW平臺的三軸原始位置與2個或4個面陣相機獲得的相對坐標之間的關(guān)系。

在確定 ΔU、ΔV和ΔW后，最后UVW平臺便能沿三個軸線性地執(zhí)行旋轉(zhuǎn)和平移動作，以補償位置和角度的偏差，實現(xiàn)高速高精的視覺對位應(yīng)用。

UVW視覺對位工藝流程

方案核心優(yōu)勢

集成機器視覺、UVW控制和運動控制于一體，硬件接線更方便，成本更低；

運動控制實時內(nèi)核，核內(nèi)交互，指令調(diào)用速度快至us級，提升加工效率；

內(nèi)置UVW平臺算法，客戶使用更方便，提升工程師開發(fā)效率；

通過自動校準確定相機和工作臺之間的位置關(guān)系，提高節(jié)拍；

內(nèi)置視覺算法，精度高，雙相機定位精度在2個像素以內(nèi)；

統(tǒng)一的API函數(shù)接口，適用各種PC上位機語言開發(fā)，易于客戶集成到配備現(xiàn)有系統(tǒng)中，創(chuàng)建高速、高精的視覺對位系統(tǒng)。

解決方案硬件配置

三、VPLC7系列機器視覺運動控制一體機

正運動技術(shù)VPLC7系列機器視覺運動控制一體機是一款基于x86平臺和Windows操作系統(tǒng)的高性能機器視覺EtherCAT運動控制器，可脫機運行，支持豐富的IO控制，30+機器人算法，以及視覺和運動控制功能，大幅簡化視覺與運動控制項目的配置流程。

VPLC7系列機器視覺運動控制一體機的安裝與拆卸過程便捷，占地空間小，還能與其它控制單元部件（如伺服驅(qū)動器、傳感器、編碼器、控制閥等）和MES系統(tǒng)無縫集成，提供一個完整端到端的視覺運動控制解決方案。

可選6-64軸運動控制（脈沖+EtherCAT總線）

內(nèi)置實時內(nèi)核MotionRT7，支持第三方視覺軟件

板載20路通用輸入(其中10路為高速輸入)，20路高速輸出

提供一體化開放式IPC形態(tài)的實時軟控制器/軟PLC集成的視覺+運動控制解決方案

多核并行運算，能夠高效處理運動控制，機器視覺等自動化設(shè)備核心任務(wù)

審核編輯 黃宇