EtherCAT总线PCIe运动控制卡在多吸嘴上下料的视觉飞拍解决方案

市场应用背景

随着制造业智能化转型的深入，3C电子、PCB、食品包装、医药、化妆品及汽车零部件等领域的微小物料处理正经历着生产模式的变革。传统的机械振动盘上料及单一摆盘/贴标方式已难以满足当前市场对高精度、高效率及柔性化生产的需求，行业正从大批量单一品种生产向多品种小批量定制化生产模式快速转型。

多吸嘴视觉飞拍上下料工艺介绍：

将物料放至柔振盘中振动散开，配合第三方视觉对柔振盘中的物料进行初步识别匹配并生成OK物料坐标。机台同步运行至OK物料坐标处，由多吸嘴对物料进行吸附。在将物料放至在料盘的过程中会进行视觉飞拍来实现位置纠偏，最终物料被放置在料盘中。目前上下料系统需要处理的物料类型日趋复杂，既包括带有二维码、条形码、防伪码等智能标识的包装材料，也涵盖各类精密电子元器件和微型五金配件。

这种多元化物料处理需求对视觉识别精度、机械定位准确度和系统柔性化程度提出了更高要求。

市面上常见的视觉上下料传统方案：

通常在物料拾取过程中，机械臂的夹具或吸盘在抓取时会使物料产生细小的位置偏移，这种误差会影响整体的放料精度。为了避免这种问题，通常使用工业相机拍摄工件移动过程中抓取或吸取的物料位置，并且进行位置纠偏。

目前，市面上不带视觉飞拍的上下料大多采用“工控机+机器视觉+PLC+触摸屏”的方案，并且在进行位置纠偏时也只采用定拍的方式，即设备在拍照点停止让相机拍照后再继续运行。这种方案使运动中等待的时间增加，降低了上下料工艺的效率，严重影响了产能。

▲ 采用传统定拍方案时设备的V/t图 ▲

正运动技术多吸嘴视觉上下料方案：

针对传统方案的痛点，正运动技术推出基于超高速PCIe EtherCAT运动控制卡PCIE464M的多吸嘴视觉上下料方案。

当运动机构抵达预设拍照区域时，运动控制卡通过高速数字IO口精确触发工业相机执行多位置飞拍作业。结合第三方视觉，在短时间内完成多吸嘴工位的并行图像采集与特征识别，并将亚像素级定位数据实时反馈至运动控制器。系统可同步完成多轴位置补偿和角度校正，实现高速连续飞拍作业。该方案较传统定拍可提升综合效率12%以上。

▲ 采用正运动方案飞行拍摄时设备的V/t图 ▲

01 PCIE464M运动控制卡在多吸嘴上下料的解决方案

正运动多吸嘴视觉上下料解决方案设计

16DI：接原点、限位等传感器，以及开关信号、编码器等；

16DO：高速输出口接工业相机的硬触发输入和点胶阀；

EtherCAT接口：接EtherCAT总线驱动器，控制其它轴运动；同时扩展EtherCAT IO模块，EtherCAT周期快至125us；

8路单端脉冲输出：接脉冲驱动器；

RS232通讯接口：接光源控制器；

EtherNET接口：千兆网口，接支持Gige协议的面阵相机，实现视觉定位、纠偏应用。

运动控制工艺实现

PCIE464M运动控制卡通过EtherCAT总线向驱动器发送指令，驱动电机执行运动控制任务。系统通过编码器或光栅尺实时反馈电机位置（MPOS），结合运动控制算法实现精准位置控制。触发相机在目标位置精准拍摄，确保高速运动下的图像采集精度与同步性，满足高速飞拍场景下的精准定位需求。

方案应用动作流程

01 料盘视觉定位

相机对振动盘里的物料进行拍照粗定位，结合第三方视觉计算出抓取位置坐标和规划抓取路径；

02 机构上料抓取

根据计算出的位置，运动轴的吸嘴运动到正确的位置，分别进行多个吸嘴抓取物料；

03 下相机多位置视觉飞拍

抓取到的物料运动到下相机拍照点区域，由运动控制卡内部精准输出/硬件位置比较输出触发相机进行多个吸嘴来料的视觉飞拍；

▲多位置飞拍参数设置▲

04 多位置定位和纠偏

结合第三方视觉对拍照的物料图片进行视觉分析处理，进行位置纠偏和修正；

05 放料

运动到放料位置过程中，进行角度和位置补偿纠偏，然后到达正确目标位置并进行多个位置放料；

06 返回上料位

放料完成后，返回上料位置并准备下一次的抓取，依次往复循环。

多吸嘴上下料应用工艺流程

解决方案应用优势

⚪ 适用于支持WindowsXP/7/10/11，Linux等操作系统，适用性广；

⚪ 统一开放的API函数接口，让用户开发灵活高效；

⚪ PCIe接口相较于PCI接口传输效率更快，更适用于高速高精的应用场景；

⚪ PCIE464M板载16进16出，无需转接板，接线方便；

⚪ 支持上位机+RTBasic脚本语言混合开发，极大提高指令的实时执行效率；

⚪ EtherCAT同步周期可快至125us，提升设备产能；

⚪ 物料在机器视觉定位纠偏过程中，使用飞拍技术，缩短机台CT；

⚪ 12路独立的硬件位置比较输出，可实现多点多位置同时视觉飞拍，整体生产效率可提升10%以上；

⚪ 进一步提升精度，现场实测上下料取放精度可达±0.02mm。

解决方案硬件配置

02 超高速PCIe EtherCAT运动控制卡

面向高速高精智能装备在“PC+运动控制卡”的模式下，实现多轴同步控制和高速高精运动控制！

⚪ 可选6-64轴运动控制，支持EtherCAT总线/脉冲/步进伺服驱动器；

⚪ 联动轴数最高可达16轴，控制周期最小为125us；

⚪ 标配16进16出，其中4路高速锁存输入、4路高速PWM和12路高速硬件比较输出PSO；

⚪ 支持PWM输出、1D/2D/3D PSO硬件位置比较输出、视觉飞拍、连续轨迹插补等；

⚪ 支持掉电存储和掉电中断，多重加密，提供程序更安全机制；

⚪ 具有一维、二维螺距补偿控制，实现更高的加工精度；

⚪ 8路单端脉冲轴、4路单端编码器轴；

⚪ 支持30+机械手模型正逆解模型算法，比如SCARA、Delta、UVW、4轴/5轴 RTCP...

PCIE464M运动控制卡介绍视频可点击→“超高速PCle EtherCAT控制卡PCIE464M，即刻提升高速高精智能装备生产力!”查看。

正运动技术专注于运动控制技术研究和通用运动控制软硬件产品的研发，是国家级高新技术企业。正运动技术汇集了来自华为、中兴等公司的优秀人才，在坚持自主创新的同时，积极联合各大高校协同运动控制基础技术的研究，是国内工控领域发展最快的企业之一，也是国内少有、完整掌握运动控制核心技术和实时工控软件平台技术的企业。主要业务有：运动控制卡_运动控制器_EtherCAT运动控制卡_EtherCAT控制器_运动控制系统_视觉控制器__运动控制PLC_运动控制_机器人控制器_视觉定位_XPCIe/XPCI系列运动控制卡等。

审核编辑 黄宇