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　　隨著國內外工業智能制造的高速發展，面對市場日趨激烈的競爭，各行業對產品的質量和生產產能都提出了更高的要求。本文通過ZMC430N運動控制器在轉盤式視覺篩選設備中的應用，更深入地介紹了機器視覺飛拍、位置鎖存和高速精準輸出等功能在運動控制器中的運用情況。

　　在工業生產過程中，由于生產條件和運輸環境中的不可控因素，很容易產生一些外觀劃痕、壓傷、擦掛、大小不一等缺陷，人工檢測一般在強燈光或者顯微鏡的工作環境中，人容易疲勞，容易誤判，對經驗要求高，并且在招人難、用工成本高等各種因素驅動之下，人工檢測轉機器視覺智能檢測勢在必行，進而對全自動智能化的外觀檢測設備市場產生了強烈的需求。

　　玻璃轉盤式視覺篩選機，是針對各種各樣散件的尺寸、外觀等缺陷而研發的檢測設備。它采用振動盤等上料機構全自動輸送物料到玻璃轉盤，機器視覺系統對物料進行視覺檢測，運動控制器完成轉盤的恒速旋轉以及物料位置的編碼器反饋、硬件位置比較輸出對不同位置的CCD相機和吹氣口裝置進行控制，實現全自動的多面外觀和尺寸檢測篩選。

　　玻璃轉盤視覺篩選機針對散件生產，被廣泛應用于攝像頭零部件、鋰電池零部件、磁性材料、電子原件、塑料橡膠制品、螺絲螺母、電子元器件、精密五金件等生產場景中。

圖1 常見檢測產品

　　本文通過ZMC430N運動控制器在轉盤式視覺篩選設備中的應用，更深入地介紹了機器視覺飛拍、位置鎖存和高速硬件位置比較輸出等功能在運動控制器中的使用。

　　1 ZMC430N運動控制器的產品介紹

　　ZMC430N是正運動技術推出的高性能多軸EtherCAT總線+RTEX總線+脈沖運動控制器，支持EtherCAT/RTEX總線軸和脈沖軸同時使用混合插補，板載6路差分脈沖輸出和6路單端脈沖輸出，6+4路編碼器輸入，通用數字量輸入輸出24+6/12+6，2路AD和2路DA，可實現點位運動、電子凸輪、直線插補、圓弧插補、連續軌跡加工等復雜的運動控制功能，也支持4路高速鎖存輸入和最多10路高速精準輸出、位置同步輸出PSO，非常適合匹配應用于2-8相機的轉盤式視覺篩選設備上。

　　ZMC430N運動控制器既可以脫機獨立運行，也可以PC上位機調用API函數庫來實現運動控制。ZDevelop低門檻的IDE開發環境，集開發、調試、診斷于一體，完善的工藝包滿足了現代工業應用中集成化、模塊化、智能化的需求。另外，ZMC416BE的通用性也可以用PC軟件，比如C#、C++、LabVIEW、VB、.NET、Python、Qt等第三方軟件調用同一套API函數庫來開發。

圖2 ZMC430N產品圖

　　ZMC430N運動控制器的主要功能包括：

　　l 板載24點通用輸入，12點通用輸出，2路0-10V模擬量輸入和2路0-10V模擬量輸出;

　　l 板載6+6路脈沖輸出軸接口和6+4路高速編碼器接口;

　　l 支持30軸EtherCAT/RTEX總線運動控制，EtherCAT/RTEX+脈沖軸共16個，可混合使用;

　　l 支持電子凸輪、直線插補、圓弧插補、連續軌跡加工等復雜的運動控制;

　　l 可支持Delta、SCARA、協作機器人、雙旋轉等30+ 機械手模型算法;

　　l 特殊固件支持多達10路精準輸出、硬件位置比較輸出，可實現機器視覺飛拍功能和篩選吹氣高速輸出功能;

　　l 支持4路高速鎖存輸入口，記錄轉盤篩選位置。

　　2 轉盤式視覺篩選設備原理

　　(1)轉盤式視覺篩選設備的原理

　　玻璃轉盤式視覺篩選機，利用振動盤將各類散件輸送到高透明玻璃轉臺，然后通過入口檢測記錄轉臺感應的工件物料，再通過伺服系統示教的CCD相機位置，當轉盤轉動到相機位置時，控制器或PLC觸發相機拍照，然后進行運算。在出料前，必須完成運算，如果還沒運算完成，則判斷為待定物料，需要重檢。

　　機器視覺檢測系統采用CCD工業相機將被檢測的目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號，圖像處理系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如面積、數量、位置、長度等，再根據預設的允許度和其他條件輸出結果，包括尺寸、角度、個數、合格/不合格、有/無等，實現自動識別功能。根據產品的實際尺寸，其篩選速度最快能達到2000pcs/min。

圖3 轉盤式視覺篩選示意圖

　　(2)運動控制系統

　　基于運動控制器/運動控制卡的轉盤式視覺篩選系統，相比于傳統的PLC+觸摸屏方案，更集成化，響應更快，效率更高，在玻璃轉盤快速運動的時候，也能通過視覺飛拍功能拍攝物料，進行視覺處理，最快檢測速度可以達到2000pcs/min。

　　正運動技術ZMC430N運動控制器通過EtherCAT總線或者脈沖軸接口控制伺服電機，實現轉盤的旋轉，并實時記錄編碼器的反饋位置;高速輸入口接光纖傳感器，感應并記錄物料的位置;高速輸出口接1-8個相機進行視覺飛拍，檢測物料的合格與不合格;同時高速輸出口接吹氣口，及時對視覺檢測的結果進行相應處理分類。

圖4 運動控制器基于轉盤式視覺篩選設備的硬件方案

　　(3)視覺系統

　　該視覺系統主要由相機、鏡頭、光源、光源控制盒、視覺處理系統等組成。根據運動速度的快慢不同，對相機的拍照響應時間、曝光時間以及鏡頭光圈、像素和光源等都有一定的要求，以完成不同產品的測量和檢測等視覺功能。

　　3 ZMC430N運動控制器在轉盤式視覺篩選設備中的應用

　　(1)方案硬件配置(見表1)

　　(2)硬件位置比較輸出——視覺飛拍應用

　　在玻璃轉盤的轉動過程中，物料通過每一個相機，都要進行物料的正反面或者側面等視覺測量與檢測等，傳統的做法是運動到每一個相機位置，轉盤停下來，視覺系統拍照處理。可是拍攝需要時間，往往造成設備不需要的停頓動作和時間消耗，對產能產生嚴重的影響。

圖5 定拍V-T圖

　　使用視覺飛拍技術，當物料轉動到相機拍攝位置時，由運動控制器內部觸發相機，進行動態無停頓拍照，微秒級的拍攝速度，數毫秒間輸出視覺運算結果OK或者NG，回傳給控制器，確定是OK吹氣口工作還是NG吹氣口工作，實現篩選的目的。ZMC430N運動控制器支持最多12路硬件比較輸出，既保證效率，又確保了精準度。

圖6 飛拍V-T圖

　　(3)系統動作流程

　　l 待檢產品上料

　　根據物料的類型，選擇相應的振動盤將各類散件輸送到高透明玻璃轉臺上，其中旋轉臺是以某一設定的速度在恒速旋轉;

　　l 感應物料并記錄位置

　　當傳感器感應到物料，基于FPGA的高速鎖存口記錄物料當前位置;

　　l 相機觸發拍照

　　通過高速鎖存口鎖存的位置，計算出各個相機的位置，由運動控制器內部硬件位置比較輸出觸發相機，進行視覺飛拍;

　　l 視覺系統處理

　　對拍照的物料圖片進行視覺檢測、測量、識別等功能，并傳輸OK或者NG信號給到運動控制器;

　　l 吹氣篩選

　　根據視覺系統反饋給運動控制器的結果，以及通過感應器鎖存的物料的位置計算出吹氣口的位置，由運動控制器內部硬件位置比較輸出控制吹氣口，進行篩選OK或者NG。

　　4 ZMC430N運動控制器在轉盤式視覺篩選設備應用上的主要功能和特點

　　(1)核心功能特點

　　l 高速鎖存功能

　　通過高速輸入口，鎖存轉盤上來料的編碼器實時位置;

　　l 視覺飛拍-硬件位置比較輸出

　　根據鎖存位置，算出相機觸發的位置，實現視覺飛拍;

　　l 高速吹氣-硬件位置比較輸出

　　根據鎖存位置，算出吹氣口的位置，實現轉盤不停頓吹氣篩選分類。

圖7 基于運動控制器的轉盤視覺篩選功能實現原理

　　(2)運動控制功能相關指令

　　①飛拍觸發相關指令

　　HW_PSWITCH2可以實現單軸、二維、三維的硬件位置比較輸出，轉盤式視覺篩選設備系統只需要使用單軸的硬件位置比較輸出就可以實現其功能。

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

　　mode：1-啟動比較器

　　opnum：對應的輸出口

　　opstate：第一個比較點的輸出狀態

　　tablestart：第一個比較點絕對坐標所在TABLE編號

　　tableend：最后一個比較點絕對坐標所在TABLE編號

　　direction：第一個點判斷方向，0坐標負向，1坐標正向，-1不使用方向

　　②位置鎖存

　　REGIST指令用來鎖存軸的測量反饋編碼器位置，當鎖存產生時，軸狀態MARK會被設置為ON，同時鎖存到的位置會被存儲在參數REG_POS內。

　　REGIST(100+mode, tableindex, numes)

　　mode：鎖存方式

　　tableindex：連續鎖存的內容存儲的table位置，第一個table元素存儲鎖存的個數，后面存儲鎖存的坐標，最多保存個數= numes-1，溢出時循環寫入

　　numes：占用的table個數

圖8 示波器仿真(REGIST鎖存輸入+HW_PSWITCH2硬件位置比較輸出)

　　5 ZMC430N運動控制器在轉盤式視覺篩選設備應用上的方案亮點

　　l 來料在機器視覺檢測和測量過程中，機構不用停下來，相比靜態拍照，減少機臺CT，提高效率;

　　l 高速鎖存輸入口配合使用，進一步提升設備的物料分選精準度和效率;

　　l 多達10路高速硬件位置比較輸出口，適合1-8個相機的轉盤式視覺篩選的場合，同樣也適用于流水線視覺篩選的場合;

　　l 可通過PC上位機(C#/C++/.NET/Python/Qt…)調用API函數和下位機Basic混合編程，相比于傳統的PLC+觸摸屏方案，集成化更高，性價比更好，響應更快，效率更高。