市場應用背景
隨著製造業智能化轉型的深入，3C電子、PCB、食品包裝、醫藥、化妝品及汽車零部件等領域的微小物料處理正經曆著生產模式的變革。傳統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的需求，行業正從大批量單一品種生產向多品種小批量定製化生產模式快速轉型。
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並生成OK物料坐標。機台同步運行至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位置糾偏，最終物料被放置在料盤中。
目前上下料係統需要處理的物料類型日趨複雜，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、機械定位準確度和係統柔性化程度提出了更高要求。
▲ 常見的上下料材料圖 ▲
市麵上常見的視覺上下料傳統方案：
通tong常chang在zai物wu料liao拾shi取qu過guo程cheng中zhong，機ji械xie臂bi的de夾jia具ju或huo吸xi盤pan在zai抓zhua取qu時shi會hui使shi物wu料liao產chan生sheng細xi小xiao的de位wei置zhi偏pian移yi，這zhe種zhong誤wu差cha會hui影ying響xiang整zheng體ti的de放fang料liao精jing度du。為wei了le避bi免mian這zhe種zhong問wen題ti，通tong常chang使shi用yong工gong業ye相xiang機ji拍pai攝she工gong件jian移yi動dong過guo程cheng中zhong抓zhua取qu或huo吸xi取qu的de物wu料liao位wei置zhi，並bing且qie進jin行xing位wei置zhi糾jiu偏pian。目前，市麵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(de)方(fang)案(an)，並(bing)且(qie)在(zai)進(jin)行(xing)位(wei)置(zhi)糾(jiu)偏(pian)時(shi)也(ye)隻(zhi)采(cai)用(yong)定(ding)拍(pai)的(de)方(fang)式(shi)，即(ji)設(she)備(bei)在(zai)拍(pai)照(zhao)點(dian)停(ting)止(zhi)讓(rang)相(xiang)機(ji)拍(pai)照(zhao)後(hou)再(zai)繼(ji)續(xu)運(yun)行(xing)。這(zhe)種(zhong)方(fang)案(an)使(shi)運(yun)動(dong)中(zhong)等(deng)待(dai)的(de)時(shi)間(jian)增(zeng)加(jia)，降(jiang)低(di)了(le)上(shang)下(xia)料(liao)工(gong)藝(yi)的(de)效(xiao)率(lv)，嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)了(le)產(chan)能(neng)。
▲ 采用傳統定拍方案時設備的V/t圖 ▲
正運動技術多吸嘴視覺上下料方案：
針對傳統方案的痛點，正運動技術推出基於超高速PCIe EtherCAT運動控製卡PCIE464M的多吸嘴視覺上下料方案。
當運動機構抵達預設拍照區域時，運動控製卡通過高速數字IO口(kou)精(jing)確(que)觸(chu)發(fa)工(gong)業(ye)相(xiang)機(ji)執(zhi)行(xing)多(duo)位(wei)置(zhi)飛(fei)拍(pai)作(zuo)業(ye)。結(jie)合(he)第(di)三(san)方(fang)視(shi)覺(jiao)，在(zai)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)完(wan)成(cheng)多(duo)吸(xi)嘴(zui)工(gong)位(wei)的(de)並(bing)行(xing)圖(tu)像(xiang)采(cai)集(ji)與(yu)特(te)征(zheng)識(shi)別(bie)，並(bing)將(jiang)亞(ya)像(xiang)素(su)級(ji)定(ding)位(wei)數(shu)據(ju)實(shi)時(shi)反(fan)饋(kui)至(zhi)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)器(qi)。係統可同步完成多軸位置補償和角度校正，實現高速連續飛拍作業。該方案較傳統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備的V/t圖 ▲
01 PCIE464M運動控製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計
- 16DI：接原點、限位等傳感器，以及開關信號、編碼器等；
- 16DO：高速輸出口接工業相機的硬觸發輸入和點膠閥；
- EtherCAT接口：接EtherCAT總線驅動器，控製其它軸運動；同時擴展EtherCAT IO模塊，EtherCAT周期快至125us；
- 8路單端脈衝輸出：接脈衝驅動器；
- RS232通訊接口：接光源控製器；
- EtherNET接口：千兆網口，接支持Gige協議的麵陣相機，實現視覺定位、糾偏應用。
運動控製工藝實現
PCIE464M運動控製卡通過EtherCAT總線向驅動器發送指令，驅動電機執行運動控製任務。係統通過編碼器或光柵尺實時反饋電機位置（MPOS），結jie合he運yun動dong控kong製zhi算suan法fa實shi現xian精jing準zhun位wei置zhi控kong製zhi。觸chu發fa相xiang機ji在zai目mu標biao位wei置zhi精jing準zhun拍pai攝she，確que保bao高gao速su運yun動dong下xia的de圖tu像xiang采cai集ji精jing度du與yu同tong步bu性xing，滿man足zu高gao速su飛fei拍pai場chang景jing下xia的de精jing準zhun定ding位wei需xu求qiu。
方案應用動作流程
01 料盤視覺定位
相機對振動盤裏的物料進行拍照粗定位，結合第三方視覺計算出抓取位置坐標和規劃抓取路徑；
02 機構上料抓取
根據計算出的位置，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域，由運動控製卡內部精準輸出/硬件位置比較輸出觸發相機進行多個吸嘴來料的視覺飛拍；
▲ 多位置飛拍參數設置 ▲
04 多位置定位和糾偏
結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，然後到達正確目標位置並進行多個位置放料；
06 返回上料位
放料完成後，返回上料位置並準備下一次的抓取，依次往複循環。
多吸嘴上下料應用工藝流程
解決方案應用優勢
- 適用於支持WindowsXP/7/10/11，Linux等操作係統，適用性廣；
- 統一開放的API函數接口，讓用戶開發靈活高效；
- PCIe接口相較於PCI接口傳輸效率更快，更適用於高速高精的應用場景；
- PCIE464M板載16進16出，無需轉接板，接線方便；
- 支持上位機+RTBasic腳本語言混合開發，極大提高指令的實時執行效率；
- EtherCAT同步周期可快至125us，提升設備產能；
- 物料在機器視覺定位糾偏過程中，使用飛拍技術，縮短機台CT；
- 12路獨立的硬件位置比較輸出，可實現多點多位置同時視覺飛拍，整體生產效率可提升10%以上；
- 進一步提升精度，現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運動控製卡
麵向高速高精智能裝備在“PC+運動控製卡”的模式下，實現多軸同步控製和高速高精運動控製！
- 可選6-64軸運動控製，支持EtherCAT總線/脈衝/步進伺服驅動器；
- 聯動軸數最高可達16軸，控製周期最小為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，提供程序更安全機製；
- 具有一維、二維螺距補償控製，實現更高的加工精度；
- 8路單端脈衝軸、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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正運動技術專注於運動控製技術研究和通用運動控製軟硬件產品的研發，是國家級高新技術企業。正運動技術彙集了來自華為、zhongxingdenggongsideyouxiurencai，zaijianchizizhuchuangxindetongshi，jijilianhegedagaoxiaoxietongyundongkongzhijichujishudeyanjiu，shiguoneigongkonglingyufazhanzuikuaideqiyezhiyi，yeshiguoneishaoyou、完整掌握運動控製核心技術和實時工控軟件平台技術的企業。主要業務有：運動控製卡_運動控製器_EtherCAT運動控製卡_EtherCAT控製器_運動控製係統_視覺控製器__運動控製PLC_運動控製_機器人控製器_視覺定位_XPCIe/XPCI係列運動控製卡等。
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