基于VPLC7机器视觉运动控制一体机的UVW视觉对位解决方案

一、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。

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。XYθ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。

二、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

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

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。

（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视觉对位工艺流程

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。

解决方案硬件配置

三、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。

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

审核编辑 黄宇