EtherCAT總線PCIe運(yùn)動(dòng)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(jī)械振動(dòng)盤上料及單一擺盤/貼標(biāo)方式已難以滿足當(dāng)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(dòng)散開，配合第三方視覺對柔振盤中的物料進(jìn)行初步識別匹配并生成OK物料坐標(biāo)。機(jī)臺同步運(yùn)行至OK物料坐標(biāo)處，由多吸嘴對物料進(jìn)行吸附。在將物料放至在料盤的過程中會進(jìn)行視覺飛拍來實(shí)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(biāo)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(jī)械定位準(zhǔn)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(jī)械臂的夾具或吸盤在抓取時(shí)會使物料產(chǎn)生細(xì)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(jī)拍攝工件移動(dòng)過程中抓取或吸取的物料位置，并且進(jìn)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(jī)+機(jī)器視覺+PLC+觸摸屏”的方案，并且在進(jìn)行位置糾偏時(shí)也只采用定拍的方式，即設(shè)備在拍照點(diǎn)停止讓相機(jī)拍照后再繼續(xù)運(yùn)行。這種方案使運(yùn)動(dòng)中等待的時(shí)間增加，降低了上下料工藝的效率，嚴(yán)重影響了產(chǎn)能。

▲ 采用傳統(tǒng)定拍方案時(shí)設(shè)備的V/t圖 ▲

正運(yùn)動(dòng)技術(shù)多吸嘴視覺上下料方案：

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

當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)抵達(dá)預(yù)設(shè)拍照區(qū)域時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制卡通過高速數(shù)字IO口精確觸發(fā)工業(yè)相機(jī)執(zhí)行多位置飛拍作業(yè)。結(jié)合第三方視覺，在短時(shí)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(shí)時(shí)反饋至運(yùn)動(dòng)控制器。系統(tǒng)可同步完成多軸位置補(bǔ)償和角度校正，實(shí)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(yùn)動(dòng)方案飛行拍攝時(shí)設(shè)備的V/t圖 ▲

01 PCIE464M運(yùn)動(dòng)控制卡在多吸嘴上下料的解決方案

正運(yùn)動(dòng)多吸嘴視覺上下料解決方案設(shè)計(jì)

16DI：接原點(diǎn)、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(jī)的硬觸發(fā)輸入和點(diǎn)膠閥；

EtherCAT接口：接EtherCAT總線驅(qū)動(dòng)器，控制其它軸運(yùn)動(dòng)；同時(shí)擴(kuò)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(dòng)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(jī)，實(shí)現(xiàn)視覺定位、糾偏應(yīng)用。

運(yùn)動(dòng)控制工藝實(shí)現(xiàn)

PCIE464M運(yùn)動(dòng)控制卡通過EtherCAT總線向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。系統(tǒng)通過編碼器或光柵尺實(shí)時(shí)反饋電機(jī)位置（MPOS），結(jié)合運(yùn)動(dòng)控制算法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)位置控制。觸發(fā)相機(jī)在目標(biāo)位置精準(zhǔn)拍攝，確保高速運(yùn)動(dòng)下的圖像采集精度與同步性，滿足高速飛拍場景下的精準(zhǔn)定位需求。

方案應(yīng)用動(dòng)作流程

01 料盤視覺定位

相機(jī)對振動(dòng)盤里的物料進(jìn)行拍照粗定位，結(jié)合第三方視覺計(jì)算出抓取位置坐標(biāo)和規(guī)劃抓取路徑；

02 機(jī)構(gòu)上料抓取

根據(jù)計(jì)算出的位置，運(yùn)動(dòng)軸的吸嘴運(yùn)動(dòng)到正確的位置，分別進(jìn)行多個(gè)吸嘴抓取物料；

03 下相機(jī)多位置視覺飛拍

抓取到的物料運(yùn)動(dòng)到下相機(jī)拍照點(diǎn)區(qū)域，由運(yùn)動(dòng)控制卡內(nèi)部精準(zhǔn)輸出/硬件位置比較輸出觸發(fā)相機(jī)進(jìn)行多個(gè)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(jìn)行視覺分析處理，進(jìn)行位置糾偏和修正；

05 放料

運(yùn)動(dòng)到放料位置過程中，進(jìn)行角度和位置補(bǔ)償糾偏，然后到達(dá)正確目標(biāo)位置并進(jìn)行多個(gè)位置放料；

06 返回上料位

放料完成后，返回上料位置并準(zhǔn)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(jìn)16出，無需轉(zhuǎn)接板，接線方便；

? 支持上位機(jī)+RTBasic腳本語言混合開發(fā)，極大提高指令的實(shí)時(shí)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(jī)器視覺定位糾偏過程中，使用飛拍技術(shù)，縮短機(jī)臺CT；

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

? 進(jìn)一步提升精度，現(xiàn)場實(shí)測上下料取放精度可達(dá)±0.02mm。

解決方案硬件配置

02 超高速PCIe EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制卡

面向高速高精智能裝備在“PC+運(yùn)動(dòng)控制卡”的模式下，實(shí)現(xiàn)多軸同步控制和高速高精運(yùn)動(dòng)控制！

? 可選6-64軸運(yùn)動(dòng)控制，支持EtherCAT總線/脈沖/步進(jìn)伺服驅(qū)動(dòng)器；

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

? 標(biāo)配16進(jìn)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(bǔ)等；

? 支持掉電存儲和掉電中斷，多重加密，提供程序更安全機(jī)制；

? 具有一維、二維螺距補(bǔ)償控制，實(shí)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(jī)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(yùn)動(dòng)技術(shù)專注于運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究和通用運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)技術(shù)匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅(jiān)持自主創(chuàng)新的同時(shí)，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制核心技術(shù)和實(shí)時(shí)工控軟件平臺技術(shù)的企業(yè)。主要業(yè)務(wù)有：運(yùn)動(dòng)控制卡_運(yùn)動(dòng)控制器_EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制卡_EtherCAT控制器_運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)_視覺控制器__運(yùn)動(dòng)控制PLC_運(yùn)動(dòng)控制_機(jī)器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運(yùn)動(dòng)控制卡等。

審核編輯 黃宇