本文主要介紹正運(yùn)動(dòng)技術(shù)EtherCAT控制器在多通道視覺(jué)飛拍與多點(diǎn)精準(zhǔn)輸出上的應(yīng)用，采用高性能ZMC408CE控制器，控制器內(nèi)部高速FPGA實(shí)現(xiàn)硬件位置比較輸出、精準(zhǔn)輸出功能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制+多通道視覺(jué)飛拍與精準(zhǔn)輸出功能。

　　01、硬件介紹

       ZMC408CE是正運(yùn)動(dòng)推出的一款多軸高性能EtherCAT總線運(yùn)動(dòng)控制器，具有EtherCAT、EtherNET、RS232、CAN和U盤(pán)等通訊接口，ZMC系列運(yùn)動(dòng)控制器可應(yīng)用于各種需要脫機(jī)或聯(lián)機(jī)運(yùn)行的場(chǎng)合。

　　ZMC408CE支持8軸運(yùn)動(dòng)控制，最多可擴(kuò)展至32軸，支持直線插補(bǔ)、任意圓弧插補(bǔ)、空間圓弧、螺旋插補(bǔ)、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨等功能。

　　ZMC408CE支持8軸運(yùn)動(dòng)控制，可采用脈沖軸(帶編碼器反饋)或EtherCAT總線軸，通用IO包含24個(gè)輸入口和16個(gè)輸出口，部分IO為高速I(mǎi)O，EtherCAT最快100us的刷新周期。

　　ZMC408CE支持8個(gè)通道的硬件比較輸出、硬件定時(shí)器、運(yùn)動(dòng)中精準(zhǔn)輸出，還支持8通道PWM輸出，對(duì)應(yīng)的輸出口為OUT0-7，支持8個(gè)通道同時(shí)觸發(fā)硬件比較輸出，用于多通道的視覺(jué)飛拍場(chǎng)合等。

　　ZMC408CE支持PLC、Basic、HMI組態(tài)三種編程方式。PC上位機(jī)API編程支持C#、C++、LabVIEW、Matlab、Qt、Linux、VB.Net、Python等接口。

　　ZMC408CE內(nèi)置高精度PSO位置同步輸出功能，在加工圓角與曲線時(shí)即使進(jìn)行有減速調(diào)整，在高速加工的場(chǎng)合中也能控制激光輸出的等間距輸出。

　　ZMC408CE的PSO功能如何實(shí)現(xiàn)視覺(jué)飛拍，請(qǐng)參見(jiàn)下文說(shuō)明和參考例程。

　　02、視覺(jué)飛拍

       針對(duì)傳統(tǒng)的視覺(jué)定拍，生產(chǎn)效率不夠高問(wèn)題，在一些應(yīng)用場(chǎng)合，越來(lái)越多的使用視覺(jué)飛拍來(lái)完成視覺(jué)拍照功能。即機(jī)構(gòu)按照既定的軌跡運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)行到拍照點(diǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)軸不停，瞬間完成飛行抓拍的功能。整個(gè)過(guò)程中移動(dòng)機(jī)構(gòu)不停止，從而節(jié)省機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)間，滿足效率，并且能保證運(yùn)行精度。

       (1)在精度保證的同時(shí)，可以不減速，v-t圖如下。

　　(2)在精度不足的情況下，可以略微降速，分段運(yùn)行，但速度不降為0，v-t圖如下。

　　03、PSO觸發(fā)飛拍

       為保證視覺(jué)飛拍的精度，需要在高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合完成觸發(fā)拍照，通過(guò)控制器的PSO功能可高速連續(xù)的觸發(fā)輸出，并使得觸發(fā)飛拍信號(hào)之后，輸出口能在一個(gè)脈沖內(nèi)響應(yīng)。

　　PSO功能由HW_PSWITCH2硬件比較輸出指令實(shí)現(xiàn)。

　　PSO(position synchronized output)即位置同步輸出，本質(zhì)是通過(guò)采集實(shí)時(shí)的編碼器反饋位置(無(wú)編碼器可使用輸出的脈沖位置)與比較模式設(shè)定的位置進(jìn)行比較，控制OP高速同步輸出信號(hào)，PSO示意圖如下。

　　PSO一般與激光器(或點(diǎn)膠噴射閥等設(shè)備)同步輸出信號(hào)進(jìn)行相位同步，在運(yùn)動(dòng)軌跡的所有階段以恒定的空間(或者恒定時(shí)間)間隔觸發(fā)輸出開(kāi)關(guān)，包括加速、減速和勻速段，從而實(shí)現(xiàn)脈沖能量均勻地作用在被加工物體上。

       PSO功能的特點(diǎn)就是能高速且穩(wěn)定的輸出信號(hào)，因?yàn)檩敵鼍茸銐蚋?，所以能夠在整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡中以固定的距離觸發(fā)輸出信號(hào)而不用考慮總體速度。

       即在直線部分以很快的速度運(yùn)動(dòng)，而在圓角部分減速的同時(shí)也能保證輸出間距恒定，通常圓角加工部分在整個(gè)加工過(guò)程中占有比較小的部分，這樣在保證加工效果的同時(shí)，就可以最大限度地提高產(chǎn)能。

　　ZMC408CE運(yùn)動(dòng)控制器的PSO功能能應(yīng)用在轉(zhuǎn)盤(pán)視覺(jué)篩選機(jī)上，高速控制視覺(jué)飛拍篩選，高精度點(diǎn)膠加工，高精度激光加工等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)如下：

       (1)可實(shí)時(shí)控制轉(zhuǎn)盤(pán)，記錄編碼器的反饋位置;

　　(2)高速輸入口接傳感器，感應(yīng)并記錄零件來(lái)料位置;

　　(3)PSO硬件位置比較輸出可接2-8個(gè)相機(jī)進(jìn)行視覺(jué)飛拍、檢測(cè)和測(cè)量;

　　(4)PSO硬件位置比較輸出可接吹氣口，對(duì)視覺(jué)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)篩選分類。

　　通過(guò)振動(dòng)盤(pán)將零件輸送到高透明玻璃轉(zhuǎn)臺(tái)，其次通過(guò)傳感器去感應(yīng)來(lái)料的零件，再通過(guò)ZMC408CE的高速鎖存輸入口記錄來(lái)料的實(shí)際位置，當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到視覺(jué)檢測(cè)工位時(shí)，控制器通過(guò)高速輸出口觸發(fā)相機(jī)拍照，然后進(jìn)行圖像處理運(yùn)算，最后根據(jù)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)條件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)篩選，并剔除不良品。

　　如需咨詢轉(zhuǎn)盤(pán)視覺(jué)篩選應(yīng)用，請(qǐng)聯(lián)系正運(yùn)動(dòng)技術(shù)相關(guān)人員。

　　04、PSO功能實(shí)現(xiàn)指令

       觸發(fā)連續(xù)視覺(jué)飛拍的命令是HW_PSWITCH2，HW_PSWITCH2主要用于設(shè)定觸發(fā)模式和比較輸出的位置，部分模式可搭配HW_TIMER硬件定時(shí)器使用，精準(zhǔn)控制輸出時(shí)刻。

       1.HW_PSWITCH2--總線硬件位置比較輸出

       HW_PSWITCH2(1,opnum,opstate,tablestart,tableend[,direction])

       此指令模式很多，適用于不同的場(chǎng)合，支持一維二維三維的比較，本文主要以TABLE比較點(diǎn)的模式1和模式3展開(kāi)說(shuō)明，其他模式參見(jiàn)Basic編程手冊(cè)。

       每個(gè)軸均有各自的硬件比較輸出緩沖區(qū)。

       讀取語(yǔ)法：Buff = HW_PSWITCH2([axisnum])

       (1)Mode=1:單軸比較

       mode：1-啟動(dòng)比較器opnum：對(duì)應(yīng)的輸出口

       opstate：第一個(gè)比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)

       tablestart：第一個(gè)比較點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)所在TABLE編號(hào)

       tableend：最后一個(gè)比較點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)所在TABLE編號(hào)

       direction：第一個(gè)點(diǎn)判斷方向，0坐標(biāo)負(fù)向，1坐標(biāo)正向，-1不使用方向

       此模式較為簡(jiǎn)單，需要借助TABLE寄存器，把需要比較輸出的位置坐標(biāo)先存儲(chǔ)到TABLE寄存器，然后PSO控制OP口每到達(dá)一個(gè)比較點(diǎn)的位置便反轉(zhuǎn)一次，直到全部坐標(biāo)點(diǎn)比較完成。示意圖如下，P表示比較點(diǎn)，展示六個(gè)比較點(diǎn)的OP輸出情況。

　　(2)Mode=2：清除比較點(diǎn)

　　HW_PSWITCH2(2)

　　mode：2-停止并刪除沒(méi)完成的比較點(diǎn)

　　使用前需要調(diào)用此模式，清除可能沒(méi)有比較完成的數(shù)據(jù)。使用過(guò)程中也可以發(fā)送此命令，停止比較。

　　(3)Mode=3:矢量比較方式

　　mode：3-啟動(dòng)比較器

　　opnum：對(duì)應(yīng)的輸出口

　　opstate：第一個(gè)比較點(diǎn)的輸出狀態(tài)

　　tablestart：第一個(gè)比較點(diǎn)VECTOR_MOVED所在TABLE編號(hào)

　　tableend：最后一個(gè)比較點(diǎn)VECTOR_MOVED坐標(biāo)所在TABLE編號(hào)

　　說(shuō)明：比較點(diǎn)寫(xiě)在TABLE中，每到達(dá)一個(gè)比較矢量位置OP反轉(zhuǎn)一次。

　　使用矢量距離比較時(shí)，與VECTOR_MOVED進(jìn)行比較，建議連續(xù)運(yùn)動(dòng)前設(shè)置VECTOR_MOVED初始值。

　　2.HW_PS2AXISNUM--設(shè)置PS2軸號(hào)

　　HW_PS2AXISNUM(axisnum1)=axisnum2

　　axisnum1：緩沖軸號(hào)

　　axisnum2：實(shí)際操作的軸號(hào)

　　HW指令有單獨(dú)的緩沖區(qū)，此指令用于把沒(méi)有使用的軸的HW_PSWITCH2緩沖重復(fù)利用起來(lái)，指向當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的主軸,，可以對(duì)當(dāng)前的主軸同時(shí)做多個(gè)比較。

　　3.VECTOR_MOVED--當(dāng)前運(yùn)動(dòng)距離

　　VECTOR_MOVED=VAR

　　參數(shù)：VAR返回軸當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的距離，units單位。

　　對(duì)多軸插補(bǔ)是矢量距離，使用之前最好手動(dòng)清零，使用模式3前注意此指令的初始值設(shè)置是否正確。

　　05、單軸多通道PSO視覺(jué)飛拍

       單軸多通道PSO視覺(jué)飛拍是在單軸運(yùn)動(dòng)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)到指定位置觸發(fā)多個(gè)不同相機(jī)進(jìn)行飛拍，觸發(fā)位置來(lái)源可以是自行設(shè)定也可以通過(guò)傳感器鎖存抓取。

       飛拍需要支持硬件位置比較輸出、精準(zhǔn)輸出功能以及帶多個(gè)獨(dú)立HW通道的控制器，ZMC408CE有8個(gè)獨(dú)立的HW通道，可以同時(shí)給相機(jī)輸出信號(hào)觸發(fā)飛拍采集。

　　程序示例：OUT(0)和OUT(1)同時(shí)輸出。

　　RAPIDSTOP(2)WAIT IDLE(0)BASE(0)ATYPE=1 '脈沖軸類型，比較需求位置DPOS'ATYPE=4 '帶編碼器的脈沖軸類型，比較編碼器的位置MPOSUNITS=5000ACCEL=1000DECEL=1000SPEED=100SRAMP=50DPOS=0MPOS=0OP(0,OFF)OP(1,OFF)AXIS_ZSET(0)=19 '編碼器精準(zhǔn)輸出HW_PS2AXISNUM(1)=0 '將軸1緩沖指向軸0，-1取消HW_PS2AXISNUM(0)=0 '將軸0緩沖指向軸0，-1取消HW_PSWITCH2(2) AXIS(0) '清空軸0比較點(diǎn)HW_PSWITCH2(2) AXIS(1) '清空軸1比較點(diǎn)TABLE(0,50,52,75,77,100,102,125,127,150,152,175,177) '設(shè)置比較點(diǎn)的table列表TABLE(20,50,52,60,62,70,72,80,82,100,101,130,131,140,141) '設(shè)置比較點(diǎn)的table列表HW_PSWITCH2(1,0,1,0,11,1) AXIS(0) '硬件位置比較輸出，針對(duì)OUT(0)HW_PSWITCH2(1,1,1,20,33,1) AXIS(1) '硬件位置比較輸出，針對(duì)OUT(1)TRIGGER '觸發(fā)示波器MOVEABS(200)END

　　示波器波形如圖所示：采樣4個(gè)通道的波形，依次為軸0的目標(biāo)位置、軸0的速度、輸出口0、輸出口1。

　　輸出0跟輸出1支持同時(shí)進(jìn)行比較輸出，互相不干擾，均參考軸0的位置輸出。

　　06、多軸多通道PSO視覺(jué)飛拍多軸多通道PSO視覺(jué)飛拍主要應(yīng)用于多個(gè)相機(jī)在多軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)需要多點(diǎn)PSO視覺(jué)飛拍的情況。

       在項(xiàng)目中常常需要的是在插補(bǔ)直線或插補(bǔ)圓弧軌跡上進(jìn)行比較輸出，這個(gè)時(shí)候如果將插補(bǔ)軌跡拆分成對(duì)應(yīng)的各個(gè)軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)，運(yùn)算量會(huì)非常大，不符合實(shí)際應(yīng)用。

       所有對(duì)于多軸位置比較觸發(fā)飛拍時(shí)，我們常常會(huì)使用插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)矢量合成距離來(lái)確定整個(gè)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)位置，在這個(gè)坐標(biāo)上設(shè)置比較點(diǎn)位置進(jìn)行比較。

　　程序示例：OUT(0)，OUT(1)各自同步軸0，軸1多軸插補(bǔ)的PSO輸出。

　　·

　　RAPIDSTOP(2)WAIT IDLE(0)WAIT IDLE(1)BASE(0,1)ATYPE=1,1UNITS=1000,1000ACCEL=1000,1000DECEL=1000,1000SPEED=100,100SRAMP=50,50MERGE=1 '開(kāi)啟連續(xù)插補(bǔ)DPOS=0,0MPOS=0,0OP(0,OFF)OP(1,OFF)VECTOR_MOVED=0AXIS_ZSET(0)=19 '編碼器精準(zhǔn)輸出HW_PS2AXISNUM(1)=-1 '取消設(shè)置HW_PS2AXISNUM(1)=0 '設(shè)置PS2軸號(hào),將軸1緩沖指向軸0HW_PSWITCH2(2) AXIS(0) '清空軸0比較點(diǎn)HW_PSWITCH2(2) AXIS(1) '清空軸1比較點(diǎn)TABLE(0,50,52,75,77,100,102,125,127,150,152,175,177) '設(shè)置比較點(diǎn)的table列表TABLE(20,50,55,80,88,100,102,130,135,160,162,175,180) '設(shè)置比較點(diǎn)的table列表HW_PSWITCH2(3,0,1,0,11) AXIS(0) '硬件位置比較輸出，針對(duì)OUT(0)HW_PSWITCH2(3,1,1,20,31) AXIS(1) '硬件位置比較輸出，針對(duì)OUT(1)TRIGGER '觸發(fā)示波器BASE(0,1) '兩軸插補(bǔ)MOVEABS(40,40) '直線插補(bǔ)MOVECIRCABS(40,-40,40,0,1) '圓弧插補(bǔ)MOVEABS(0,0) '直線插補(bǔ)END

　　示波器波形如圖所示：采樣4個(gè)通道的波形，依次為軸0的目標(biāo)位置，軸1的目標(biāo)位置、輸出口0、輸出口1。輸出0跟輸出1在不同的位置同時(shí)進(jìn)行比較輸出，每到一個(gè)比較點(diǎn)位置輸出口反轉(zhuǎn)一次，總共比較12次，每次輸出脈沖寬度控制在2個(gè)脈沖內(nèi)均支持。

　　YT模式：數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化。

　　XY模式：兩軸合成插補(bǔ)軌跡。

　　XYZ模式：三通道數(shù)據(jù)合成軌跡，OP(0)隨XY軸合成矢量距離變化情況。XYZ模式：三通道數(shù)據(jù)合成軌跡，OP(1)隨XY軸合成矢量距離變化情況。

　　本次，正運(yùn)動(dòng)技術(shù)運(yùn)動(dòng)控制器八通道PSO的視覺(jué)飛拍與精準(zhǔn)輸出，就分享到這里。

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