EtherCAT總線PCIe運動控制卡在多吸嘴上下料的視覺飛拍解決方案

市場應(yīng)用背景

隨著制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的深入，3C電子、PCB、食品包裝、醫(yī)藥、化妝品及汽車零部件等領(lǐng)域的微小物料處理正經(jīng)歷著生產(chǎn)模式的變革。傳統(tǒng)的機械振動盤上料及單一擺盤/貼標方式已難以滿足當前市場對高精度、高效率及柔性化生產(chǎn)的需求，行業(yè)正從大批量單一品種生產(chǎn)向多品種小批量定制化生產(chǎn)模式快速轉(zhuǎn)型。

多吸嘴視覺飛拍上下料工藝介紹：

將物料放至柔振盤中振動散開，配合第三方視覺對柔振盤中的物料進行初步識別匹配并生成OK物料坐標。機臺同步運行至OK物料坐標處，由多吸嘴對物料進行吸附。在將物料放至在料盤的過程中會進行視覺飛拍來實現(xiàn)位置糾偏，最終物料被放置在料盤中。目前上下料系統(tǒng)需要處理的物料類型日趨復(fù)雜，既包括帶有二維碼、條形碼、防偽碼等智能標識的包裝材料，也涵蓋各類精密電子元器件和微型五金配件。

這種多元化物料處理需求對視覺識別精度、機械定位準確度和系統(tǒng)柔性化程度提出了更高要求。

市面上常見的視覺上下料傳統(tǒng)方案：

通常在物料拾取過程中，機械臂的夾具或吸盤在抓取時會使物料產(chǎn)生細小的位置偏移，這種誤差會影響整體的放料精度。為了避免這種問題，通常使用工業(yè)相機拍攝工件移動過程中抓取或吸取的物料位置，并且進行位置糾偏。

目前，市面上不帶視覺飛拍的上下料大多采用“工控機+機器視覺+PLC+觸摸屏”的方案，并且在進行位置糾偏時也只采用定拍的方式，即設(shè)備在拍照點停止讓相機拍照后再繼續(xù)運行。這種方案使運動中等待的時間增加，降低了上下料工藝的效率，嚴重影響了產(chǎn)能。

▲ 采用傳統(tǒng)定拍方案時設(shè)備的V/t圖 ▲

正運動技術(shù)多吸嘴視覺上下料方案：

針對傳統(tǒng)方案的痛點，正運動技術(shù)推出基于超高速PCIe EtherCAT運動控制卡PCIE464M的多吸嘴視覺上下料方案。

當運動機構(gòu)抵達預(yù)設(shè)拍照區(qū)域時，運動控制卡通過高速數(shù)字IO口精確觸發(fā)工業(yè)相機執(zhí)行多位置飛拍作業(yè)。結(jié)合第三方視覺，在短時間內(nèi)完成多吸嘴工位的并行圖像采集與特征識別，并將亞像素級定位數(shù)據(jù)實時反饋至運動控制器。系統(tǒng)可同步完成多軸位置補償和角度校正，實現(xiàn)高速連續(xù)飛拍作業(yè)。該方案較傳統(tǒng)定拍可提升綜合效率12%以上。

▲ 采用正運動方案飛行拍攝時設(shè)備的V/t圖 ▲

01 PCIE464M運動控制卡在多吸嘴上下料的解決方案

正運動多吸嘴視覺上下料解決方案設(shè)計

16DI：接原點、限位等傳感器，以及開關(guān)信號、編碼器等；

16DO：高速輸出口接工業(yè)相機的硬觸發(fā)輸入和點膠閥；

EtherCAT接口：接EtherCAT總線驅(qū)動器，控制其它軸運動；同時擴展EtherCAT IO模塊，EtherCAT周期快至125us；

8路單端脈沖輸出：接脈沖驅(qū)動器；

RS232通訊接口：接光源控制器；

EtherNET接口：千兆網(wǎng)口，接支持Gige協(xié)議的面陣相機，實現(xiàn)視覺定位、糾偏應(yīng)用。

運動控制工藝實現(xiàn)

PCIE464M運動控制卡通過EtherCAT總線向驅(qū)動器發(fā)送指令，驅(qū)動電機執(zhí)行運動控制任務(wù)。系統(tǒng)通過編碼器或光柵尺實時反饋電機位置（MPOS），結(jié)合運動控制算法實現(xiàn)精準位置控制。觸發(fā)相機在目標位置精準拍攝，確保高速運動下的圖像采集精度與同步性，滿足高速飛拍場景下的精準定位需求。

方案應(yīng)用動作流程

01 料盤視覺定位

相機對振動盤里的物料進行拍照粗定位，結(jié)合第三方視覺計算出抓取位置坐標和規(guī)劃抓取路徑；

02 機構(gòu)上料抓取

根據(jù)計算出的位置，運動軸的吸嘴運動到正確的位置，分別進行多個吸嘴抓取物料；

03 下相機多位置視覺飛拍

抓取到的物料運動到下相機拍照點區(qū)域，由運動控制卡內(nèi)部精準輸出/硬件位置比較輸出觸發(fā)相機進行多個吸嘴來料的視覺飛拍；

▲多位置飛拍參數(shù)設(shè)置▲

04 多位置定位和糾偏

結(jié)合第三方視覺對拍照的物料圖片進行視覺分析處理，進行位置糾偏和修正；

05 放料

運動到放料位置過程中，進行角度和位置補償糾偏，然后到達正確目標位置并進行多個位置放料；

06 返回上料位

放料完成后，返回上料位置并準備下一次的抓取，依次往復(fù)循環(huán)。

多吸嘴上下料應(yīng)用工藝流程

解決方案應(yīng)用優(yōu)勢

? 適用于支持WindowsXP/7/10/11，Linux等操作系統(tǒng)，適用性廣；

? 統(tǒng)一開放的API函數(shù)接口，讓用戶開發(fā)靈活高效；

? PCIe接口相較于PCI接口傳輸效率更快，更適用于高速高精的應(yīng)用場景；

? PCIE464M板載16進16出，無需轉(zhuǎn)接板，接線方便；

? 支持上位機+RTBasic腳本語言混合開發(fā)，極大提高指令的實時執(zhí)行效率；

? EtherCAT同步周期可快至125us，提升設(shè)備產(chǎn)能；

? 物料在機器視覺定位糾偏過程中，使用飛拍技術(shù)，縮短機臺CT；

? 12路獨立的硬件位置比較輸出，可實現(xiàn)多點多位置同時視覺飛拍，整體生產(chǎn)效率可提升10%以上；

? 進一步提升精度，現(xiàn)場實測上下料取放精度可達±0.02mm。

解決方案硬件配置

02 超高速PCIe EtherCAT運動控制卡

面向高速高精智能裝備在“PC+運動控制卡”的模式下，實現(xiàn)多軸同步控制和高速高精運動控制！

? 可選6-64軸運動控制，支持EtherCAT總線/脈沖/步進伺服驅(qū)動器；

? 聯(lián)動軸數(shù)最高可達16軸，控制周期最小為125us；

? 標配16進16出，其中4路高速鎖存輸入、4路高速PWM和12路高速硬件比較輸出PSO；

? 支持PWM輸出、1D/2D/3D PSO硬件位置比較輸出、視覺飛拍、連續(xù)軌跡插補等；

? 支持掉電存儲和掉電中斷，多重加密，提供程序更安全機制；

? 具有一維、二維螺距補償控制，實現(xiàn)更高的加工精度；

? 8路單端脈沖軸、4路單端編碼器軸；

? 支持30+機械手模型正逆解模型算法，比如SCARA、Delta、UVW、4軸/5軸 RTCP...

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正運動技術(shù)專注于運動控制技術(shù)研究和通用運動控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)，是國家級高新技術(shù)企業(yè)。正運動技術(shù)匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅持自主創(chuàng)新的同時，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運動控制基礎(chǔ)技術(shù)的研究，是國內(nèi)工控領(lǐng)域發(fā)展最快的企業(yè)之一，也是國內(nèi)少有、完整掌握運動控制核心技術(shù)和實時工控軟件平臺技術(shù)的企業(yè)。主要業(yè)務(wù)有：運動控制卡_運動控制器_EtherCAT運動控制卡_EtherCAT控制器_運動控制系統(tǒng)_視覺控制器__運動控制PLC_運動控制_機器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運動控制卡等。

審核編輯 黃宇