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基于VPLC7机器视觉运动控制一体机的UVW视觉对位解决方案

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市场应用背景

随着平板显示器(包括TFT/LCD、PDP和OLED)等产品的尺寸增大,以及同时需要兼容小型化高精度产品的需求加剧,各大厂商对视觉对位工艺流程的负载能力、移动平台范围、效率和精度提出了更高的要求。因此,UVW对位平台成为满足这些需求用户的理想选择。

UVW对位平台,也称XXY对位平台,属于三轴并联运动机构,通过三个线性运动轴的协同控制,能够实现以平面上任意一点的中心旋转和任意方向平移。配合CCD视觉系统,平台在X-Y平面和θ角度进行精密微调,从而达到高精度视觉对位功能,精度可达±0.001mm

UVW对位平台.png

UVW视觉对位平台广泛应用于需要高速高精位置对齐的智能装备,包括曝光机、邦定机、丝网印刷机、晶圆对位、PCB钻孔机、贴合机(LCD/FPC)、视觉模切机、锂电池叠片等。

传统XYθ平台方案存在的局限性:

XYθ平台的结构相对简单,主要由两个X、Y直线轴和一个旋转轴组成,主要进行XY平面内的位移和中心旋转运动,无法根据任意一点坐标进行中心旋转,影响其在高精度视觉对位场合中应用,灵活性不高

传统XYθ平台.png

XYθ平台的垂直堆叠结构使得工作台较为笨重不便于快速移动或调整,不方便与其他运动轴进行融合,降低了自动化设备开发的效率。XY θ 平台与UVW平台相比,其在刚性、负载能力及重复定位精度方面也有所不足,限制了其在高速高精的视觉对位场合中的应用。

正运动技术解决方案:

正运动技术针对现有市场需求,开发了一种基于VPLC7系列机器视觉运动控制一体机的UVW视觉对位解决方案,用户通过选择对应模型的轴列表,使用对应指令建立机械手正逆解,转换为各联动轴的移动距离。配合高精度CCD视觉系统,即可快速实现高速高精的双目或四目UVW视觉对位应用

正运动技术的UVW平台运动控制算法兼容三种常见模型FRAME33、FRAME34、FRAME37分别对应两种机械结构(PRP、PPR)跟两个坐标系方向(XYY、XXY),可以实现单轴直线运动、两轴线性插补、两轴圆弧插补、空间圆弧等复杂运动。

VPLC7系列机器视觉运动控制一体机集成视觉和运控于一体,替代传统的PC工控机+视觉软件+运动控制方案,硬件接线更方便,成本更低。搭载正运动技术运动控制实时内核MotionRT7,核内交互,指令调用速度快至us级,提升加工和检测效率

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01

VPLC7机器视觉运动控制一体机在UVW视觉对位的应用


UVW视觉四目对位应用示意图.png

UVW视觉四目对位应用示意图


传统的UVW视觉对位方案

工控机+视觉软件+运动控制卡的组合方案,配件多,接线复杂,视觉与运动控制需要相互数据交互,故障排查麻烦,并且多套硬件成本和维护较高。



正运动技术UVW视觉对位方案设计


正运动技术UVW视觉对位方案设计.png

  • EtherNET接口:千兆网口,通过交换机最多可接8个相机;

  • EtherCAT接口:接EtherCAT总线驱动器,控制UVW驱动电机;

  • 20DI:接原点、限位等传感器,以及开关信号等;

  • 20DO:接输出开关信号,也可接单端脉冲输出(500KHz);

  • HDMI接口:接显示屏;

  • USB接口:接鼠标键盘等。


运动控制与机器视觉实现过程

(1)机器视觉

根据具体应用需求,使用2个或4个面阵相机进行拍摄对位标记点。通过配置相机参数和选择Mark点创建目标区域即可一步完成标定,获取标定系数,简化视觉操作步骤,降低了现场应用的难度。

系统自动计算出目标位置与实际位置之间的偏差(包括U、V、W轴的位置偏移及 θ 轴的角度偏移),实现UVW视觉对位功能。

UVW机器视觉实现过程.png

(2)运动控制

选择对应模型的轴列表,设置关节轴参数及虚拟轴参数,确定机械手零点位置(RAME33需要保证VW轴是水平的。平台上任意一点可作为零点,保证结构参数正确即可),之后使用对应指令建立机械手正逆解,计算出UVW平台的三轴原始位置与2个或4个面阵相机获得的相对坐标之间的关系。

在确定ΔU、ΔV和ΔW后,最后UVW平台便能沿三个轴线性地执行旋转和平移动作,以补偿位置和角度的偏差,实现高速高精的视觉对位应用。

UVW运动控制实现过程.png


UVW视觉对位工艺流程

UVW视觉对位工艺流程.png


方案核心优势

  • 集成机器视觉、UVW控制和运动控制于一体,硬件接线更方便,成本更低;

  • 运动控制实时内核,核内交互,指令调用速度快至us级,提升加工效率;

  • 内置UVW平台算法,客户使用更方便,提升工程师开发效率;

  • 通过自动校准确定相机和工作台之间的位置关系,提高节拍;

  • 内置视觉算法,精度高,双相机定位精度在2个像素以内;

  • 统一的API函数接口,适用各种PC上位机语言开发,易于客户集成到配备现有系统中,创建高速、高精的视觉对位系统。


上位机开发方式.png


解决方案硬件配置


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02

VPLC7系列机器视觉运动控制一体机


正运动技术VPLC7系列机器视觉运动控制一体机是一款基于x86平台和Windows操作系统的高性能机器视觉EtherCAT运动控制器,可脱机运行,支持丰富的IO控制,30+机器人算法,以及视觉和运动控制功能,大幅简化视觉与运动控制项目的配置流程。

VPLC7系列机器视觉运动控制一体机的安装与拆卸过程便捷,占地空间小,还能与其它控制单元部件(如伺服驱动器、传感器、编码器、控制阀等)和MES系统无缝集成,提供一个完整端到端的视觉运动控制解决方案。

VPLC7系列机器视觉运动控制一体机.png


  • 可选6-64轴运动控制(脉冲+EtherCAT总线)

  • 内置实时内核MotionRT7,支持第三方视觉软件

  • 板载20路通用输入(其中10路为高速输入),20路高速输出

  • 提供一体化开放式IPC形态的实时软控制器/软PLC集成的视觉+运动控制解决方案

  • 多核并行运算,能够高效处理运动控制,机器视觉等自动化设备核心任务


运动控制内核.png



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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系列运动控制卡等等

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