正运动技术丨高精度硬件比较输出在视觉飞拍上的应用

摘要：本文主要阐述了正运动技术控制器在视觉飞拍上的应用，采用高性能ZMC432控制器和基于FPGA的硬件比较输出、精准输出功能，实现运动控制+视觉飞拍，适用于自动化行业对机械运动的高速高精发展需求场合正运动技术运动控制+视觉系统概述ZMC432视觉飞拍应用系统架构图1、运动控制系统正运动技术的运动控制系统，主要由ZMC运动控制器、伺服驱动和电机、丝杆（或者驱动器、直线电机和光栅尺）等组成。

通过ZMC运动控制器发脉冲或者EtherCAT总线方式发送命令控制器驱动器实现运动控制；通过编码器或者光栅尺的反馈位置MPOS，进行位置比较输出IO信号，从而实现相机的拍照2、视觉系统正运动技术的视觉系统，主要由相机、镜头、光源、光源控制盒、视觉处理系统等组成。

根据运动速度的快慢不同，对相机响应时间、曝光时间以及镜头光圈、像素和光源等都有一定的要求机器视觉的定拍与飞拍对比1、视觉定拍传统的视觉定位采取定拍的方式，即工件按照既定的轨迹运动，当运行到拍照点时，运动轴速度减为0停下来进行拍照、图像采集、运算处理、纠偏，待视觉系统处理完成后，继续完成接下来的轨迹运动，v-t图如下。

2、视觉飞拍针对传统的视觉定拍，生产效率不够高的问题，在一些应用场合，越来越多的使用视觉飞拍来完成视觉拍照功能即机构按照既定的轨迹运动，当运行到拍照点时，运动轴不停下来，瞬间完成飞行抓拍的功能整个过程中移动机构不停止，从而节省机构运行时间，满足效率，并且能保证运行精度。

1）在精度保证的同时，可以不减速，v-t图如下2）在精度不足的情况下，可以略微降速,分段运行，但速度不降为0，v-t图如下控制器的视觉定拍和飞拍实现方式1、运动控制器的视觉定拍实现方式普通IO输出即可实现。

机器视觉系统中使用定拍的方式，会增加轴运动的启停次数，相应增加整个工艺的Cycle time，生产效率不高，并且频繁的轴运动启停会带来机台的振动，在某些高速高精的场合甚至会影响制造精度2、运动控制器视觉飞拍实现方式视觉飞拍需要支持硬件比较输出或者精准输出功能的控制器。

当运行到预定的拍照点时，运动轴不停下来，采用运动控制器的精准输出或者硬件比较输出功能，瞬间完成飞行抓拍的功能在运动过程中，根据视觉抓拍采集的产品像素位置变化，计算出机械坐标偏移量，将偏移量发送给运动控制器,及时修正处理，完整飞拍功能。

轴运动时触发IO拍照的实时性和图像获取、处理速度是整个飞拍过程中精度的保证正运动技术Zmotion运动控制器基于FPGA的硬件比较输出，从驱动器到达拍照位置，到相机完成触发，整个精度可以控制在：脉冲输出方式的最小误差1个脉冲，总线控制方式的最小误差1us以内。

当电机带编码器或者光栅尺反馈时，硬件比较输出功能自动使用反馈位置MPOS来进行触发，当不带反馈时，此功能自动使用发送位置DPOS的比较触发；根据不同的驱动器差异性效果，也可以使用MOVEOP_DELAY参数来调整IO输出的准确时刻。

多种实现和调整方式，极大确保了运动控制器在高速高精场合视觉飞拍时的精度正运动技术硬件位置比较输出相关指令1、Basic编程指令相关1）HW_PSWITCH——硬件位置比较输出HW_PSWITCH(mode, direction, reserve, tablestart, tableend)参数：mode ? ? 1-启动比较器， 2- 停止并删除没完成的比较点Direction ? 0-坐标负向，1- 坐标正向，2-不判断方向Reserve ? ?预留Tablestart ?第一个比较点坐标所在TABLE编号Tableend ? 最后一个比较点坐标所在TABLE编号2）HW_PSWITCH2——总线硬件位置比较输出HW_PSWITCH2(1,opnum,opstate,tablestart,tableend[,direction])参数：mode ? ? 1-启动比较器 ? ? ? Opnum ? ? 对应的输出口Opstate ? 第一个比较点的输出状态Tablestart ?第一个比较点绝对坐标所在TABLE编号Tableend ? 最后一个比较点绝对坐标所在TABLE编号Direction ?第一个点判断方向，0-坐标负向，1- 坐标正向，-1-不使用方向3）MOVE_OP——精准输出语法一：MOVE_OP ([ionum],value)参数：ionum ?输出编号，0-，没有这个参数时输出0-31Value ?输出状态，多个输出口操作时按位来指明多个口状态语法二：MOVE_OP (ionum1, ionum2,value[,mask])参数：ionum1 要操作的第一个输出通道ionum2 要操作的最后一个输出通道value ?输出状态，多个输出口操作时按位来指明多个口状态mask ?按位来设置值，指定哪些IO需要操作，不填时从第一个通道到最后一个通道都操作4）MOVEOP_DELAY——缓冲输出延时MOVEOP_DELAY=timems参数：timems ?毫秒数设置在base主轴上, 当MOVE_OP精准功能使用时, 可以提前或延后实际触发OP操作的时间。

2、PC上位机编程（C、C++、C#、Delphi、VB、.Net、LabVIEW、Python、matlab）的函数库分别对应的指令函数是：ZAux_Direct_HwPswitchZAux_Direct_HwPswitch2ZAux_Direct_MoveOp机器视觉的定拍与飞拍对比总结机器视觉技术是实现设备精密控制、智能化、自动化、现代化的有效途径和实现计算机集成制造的基础性技术之一。

机器视觉既可以替代人工肉眼的检测，又可以识别人工肉眼所看不到的检测范围随着对生产效益、产能需求的日益增强，高速高精+机器视觉在自动化领域的发展尤为重要正运动技术多款运动控制器/运动控制卡，可根据系统需求搭配不同PC硬件平台，实现2m/s的运行速度下，高达10um的视觉飞拍精度，降低运行速度可实现重复精度1um以内的视觉飞拍精度，在越来越多的行业（比如3C、电子半导体、包装、机器人应用等）被广泛使用。

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