市場(chǎng)應(yīng)用背景

隨著平板顯示器（包括TFT/LCD、PDP和OLED）等產(chǎn)品的尺寸增大，以及同時(shí)需要兼容小型化高精度產(chǎn)品的需求加劇，各大廠商對(duì)視覺對(duì)位工藝流程的負(fù)載能力、移動(dòng)平臺(tái)范圍、效率和精度提出了更高的要求。因此，UVW對(duì)位平臺(tái)成為滿足這些需求用戶的理想選擇。

UVW對(duì)位平臺(tái)，也稱XXY對(duì)位平臺(tái)，屬于三軸并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過三個(gè)線性運(yùn)動(dòng)軸的協(xié)同控制，能夠?qū)崿F(xiàn)以平面上任意一點(diǎn)的中心旋轉(zhuǎn)和任意方向平移。配合CCD視覺系統(tǒng)，平臺(tái)在X-Y平面和θ角度進(jìn)行精密微調(diào)，從而達(dá)到高精度視覺對(duì)位功能，精度可達(dá)±0.001mm。

UVW視覺對(duì)位平臺(tái)廣泛應(yīng)用于需要高速高精位置對(duì)齊的智能裝備，包括曝光機(jī)、邦定機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)、晶圓對(duì)位、PCB鉆孔機(jī)、貼合機(jī)（LCD/FPC）、視覺模切機(jī)、鋰電池疊片等。

傳統(tǒng)XYθ平臺(tái)方案存在的局限性：

XYθ平臺(tái)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要由兩個(gè)X、Y直線軸和一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸組成，主要進(jìn)行XY平面內(nèi)的位移和中心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，無法根據(jù)任意一點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行中心旋轉(zhuǎn)，影響其在高精度視覺對(duì)位場(chǎng)合中應(yīng)用，靈活性不高。

XYθ平臺(tái)的垂直堆疊結(jié)構(gòu)使得工作臺(tái)較為笨重，不便于快速移動(dòng)或調(diào)整，不方便與其他運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行融合，降低了自動(dòng)化設(shè)備開發(fā)的效率。XY θ 平臺(tái)與UVW平臺(tái)相比，其在剛性、負(fù)載能力及重復(fù)定位精度方面也有所不足，限制了其在高速高精的視覺對(duì)位場(chǎng)合中的應(yīng)用。

正運(yùn)動(dòng)技術(shù)解決方案:

正運(yùn)動(dòng)技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)需求，開發(fā)了一種基于VPLC7系列機(jī)器視覺運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)的UVW視覺對(duì)位解決方案，用戶通過選擇對(duì)應(yīng)模型的軸列表，使用對(duì)應(yīng)指令建立機(jī)械手正逆解，轉(zhuǎn)換為各聯(lián)動(dòng)軸的移動(dòng)距離。配合高精度CCD視覺系統(tǒng)，即可快速實(shí)現(xiàn)高速高精的雙目或四目UVW視覺對(duì)位應(yīng)用。

正運(yùn)動(dòng)技術(shù)的UVW平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制算法兼容三種常見模型：FRAME33、FRAME34、FRAME37分別對(duì)應(yīng)兩種機(jī)械結(jié)構(gòu)（PRP、PPR）跟兩個(gè)坐標(biāo)系方向（XYY、XXY），可以實(shí)現(xiàn)單軸直線運(yùn)動(dòng)、兩軸線性插補(bǔ)、兩軸圓弧插補(bǔ)、空間圓弧等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。

VPLC7系列機(jī)器視覺運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)集成視覺和運(yùn)控于一體，替代傳統(tǒng)的PC工控機(jī)+視覺軟件+運(yùn)動(dòng)控制方案，硬件接線更方便，成本更低。搭載正運(yùn)動(dòng)技術(shù)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT7，核內(nèi)交互，指令調(diào)用速度快至us級(jí)，提升加工和檢測(cè)效率。

一、VPLC7機(jī)器視覺運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)在UVW視覺對(duì)位的應(yīng)用

UVW視覺四目對(duì)位應(yīng)用示意圖

傳統(tǒng)的UVW視覺對(duì)位方案

工控機(jī)+視覺軟件+運(yùn)動(dòng)控制卡的組合方案，配件多，接線復(fù)雜，視覺與運(yùn)動(dòng)控制需要相互數(shù)據(jù)交互，故障排查麻煩，并且多套硬件成本和維護(hù)較高。

正運(yùn)動(dòng)技術(shù)UVW視覺對(duì)位方案設(shè)計(jì)

• EtherNET接口：千兆網(wǎng)口，通過交換機(jī)最多可接8個(gè)相機(jī)；

• EtherCAT接口：接EtherCAT總線驅(qū)動(dòng)器，控制UVW驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

• 20DI：接原點(diǎn)、限位等傳感器，以及開關(guān)信號(hào)等；

• 20DO：接輸出開關(guān)信號(hào)，也可接單端脈沖輸出（500KHz）；

• HDMI接口：接顯示屏；

• USB接口：接鼠標(biāo)鍵盤等。

運(yùn)動(dòng)控制與機(jī)器視覺實(shí)現(xiàn)過程

（1）機(jī)器視覺

根據(jù)具體應(yīng)用需求，使用2個(gè)或4個(gè)面陣相機(jī)進(jìn)行拍攝對(duì)位標(biāo)記點(diǎn)。通過配置相機(jī)參數(shù)和選擇Mark點(diǎn)創(chuàng)建目標(biāo)區(qū)域即可一步完成標(biāo)定，獲取標(biāo)定系數(shù)，簡(jiǎn)化視覺操作步驟，降低了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的難度。

系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出目標(biāo)位置與實(shí)際位置之間的偏差（包括U、V、W軸的位置偏移及 θ 軸的角度偏移），實(shí)現(xiàn)UVW視覺對(duì)位功能。

（2）運(yùn)動(dòng)控制

選擇對(duì)應(yīng)模型的軸列表，設(shè)置關(guān)節(jié)軸參數(shù)及虛擬軸參數(shù)，確定機(jī)械手零點(diǎn)位置(RAME33需要保證VW軸是水平的。平臺(tái)上任意一點(diǎn)可作為零點(diǎn)，保證結(jié)構(gòu)參數(shù)正確即可)，之后使用對(duì)應(yīng)指令建立機(jī)械手正逆解，計(jì)算出UVW平臺(tái)的三軸原始位置與2個(gè)或4個(gè)面陣相機(jī)獲得的相對(duì)坐標(biāo)之間的關(guān)系。

在確定ΔU、ΔV和ΔW后，最后UVW平臺(tái)便能沿三個(gè)軸線性地執(zhí)行旋轉(zhuǎn)和平移動(dòng)作，以補(bǔ)償位置和角度的偏差，實(shí)現(xiàn)高速高精的視覺對(duì)位應(yīng)用。

UVW視覺對(duì)位工藝流程

方案核心優(yōu)勢(shì)

• 集成機(jī)器視覺、UVW控制和運(yùn)動(dòng)控制于一體，硬件接線更方便，成本更低；

• 運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核，核內(nèi)交互，指令調(diào)用速度快至us級(jí)，提升加工效率；

• 內(nèi)置UVW平臺(tái)算法，客戶使用更方便，提升工程師開發(fā)效率；

• 通過自動(dòng)校準(zhǔn)確定相機(jī)和工作臺(tái)之間的位置關(guān)系，提高節(jié)拍；

• 內(nèi)置視覺算法，精度高，雙相機(jī)定位精度在2個(gè)像素以內(nèi)；

• 統(tǒng)一的API函數(shù)接口，適用各種PC上位機(jī)語言開發(fā)，易于客戶集成到配備現(xiàn)有系統(tǒng)中，創(chuàng)建高速、高精的視覺對(duì)位系統(tǒng)。

解決方案硬件配置

二、VPLC7系列機(jī)器視覺運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)

正運(yùn)動(dòng)技術(shù)VPLC7系列機(jī)器視覺運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)是一款基于x86平臺(tái)和Windows操作系統(tǒng)的高性能機(jī)器視覺EtherCAT運(yùn)動(dòng)控制器，可脫機(jī)運(yùn)行，支持豐富的IO控制，30+機(jī)器人算法，以及視覺和運(yùn)動(dòng)控制功能，大幅簡(jiǎn)化視覺與運(yùn)動(dòng)控制項(xiàng)目的配置流程。

VPLC7系列機(jī)器視覺運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)的安裝與拆卸過程便捷，占地空間小，還能與其它控制單元部件（如伺服驅(qū)動(dòng)器、傳感器、編碼器、控制閥等）和MES系統(tǒng)無縫集成，提供一個(gè)完整端到端的視覺運(yùn)動(dòng)控制解決方案。

• 可選6-64軸運(yùn)動(dòng)控制（脈沖+EtherCAT總線）

• 內(nèi)置實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT7，支持第三方視覺軟件

• 板載20路通用輸入(其中10路為高速輸入)，20路高速輸出

• 提供一體化開放式IPC形態(tài)的實(shí)時(shí)軟控制器/軟PLC集成的視覺+運(yùn)動(dòng)控制解決方案

• 多核并行運(yùn)算，能夠高效處理運(yùn)動(dòng)控制，機(jī)器視覺等自動(dòng)化設(shè)備核心任務(wù)

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(jí)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(tái)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)控制卡等等。