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探索飞行的奥妙——高速、高精度飞行拍摄的实现

time:2020-04-14    Author: Smart Star


与典型运动控制系统如罐装、印刷应用早已实现运动过程中完成“罐”“印”等核心工艺不同,目前机器视觉系统如组装、测量、应用一般是静止拍摄。拍摄过程中运动机构的不断启停一方面会加长设备Cycle time,另一方面会带来机械的震动,反而引起视觉系统的精度损失。高速度、高精度的飞行拍摄是未来主流自动化设备的核心需求。

运动时触发拍摄的实时性和图像的实时获取处理和高性能光源系统是实现高速度和高精度飞行拍摄的关键技术。

ProU飞行拍摄方案基于EtherCAT总线的运动控制系统,基于EtherCAT的分布式时钟(Distributed Clock)技术,各个节点的时钟校准完全基于硬件。第一个具有分布时钟功能的从站设备的时间被周期性地发布给系统中的其他设备。采用这样的机制,其它从站时钟可以根据参考时钟精确地进行调整。整个系统的抖动远小于 1 µs。从驱动器到达拍照位置,到相机完成拍照触发,整个周期的精度可以控制在1µs内,这是决定飞行拍照精度的核心因素之一

ProU机器控制平台是基于PC的控制系统,为了保证的性能和稳定执行,运动和逻辑控制在实时操作系统(RTOS)上运行,相对于Windows应用程序执行周期的不可预知性(偶发30~100ms的延迟),实时系统上的应用程序可以在50µs的抖动内稳定运行。飞行拍摄应用的视觉系统也有如此需求。因此,我们跨时代地将视觉算法和GigE协议移植到实时系统上执行,以获得最佳的稳定性和执行效率。




(点击图片,可查看大图)

另外,在视觉算法运行之后,一般会开始对位计算和运动控制,基于实时系统的软PLC可以迅速获得图像算法的结果并开始运动控制,以实现机器的极佳性能和稳定性。性能对比可参考下图:

(点击图片,可查看大图)

ProU团队与Wordop团队联合开发的“法拉第”系列光源系统的针对飞行拍摄做了亮度和响应时间的优化。外部触发信号输入的响应时间在500~600ns。另外,“法拉第”系列EtherCAT总线光源控制器也即将问世,将进一步提升光源系统的响应性能和灵活度。

基于EtherCAT卓越的实时性能,实时视觉技术以及优化后的光源系统,在机械精度可靠的条件下,我们在实验室条件下获得了惊人的运行效果:1.8m/s飞行速度下,ProU飞行拍摄系统的重复精度可以达到0.2个像素精度

ProU机器控制平台是开放的自动化平台,我们期待与专业图像算法公司合作,共同探索高性能视觉系统的新边疆!


星辰科技致力于绿色节能产业与先进制造业二十余载,技术领域涉及伺服控制、电机、电磁兼容、消隙控制等。现有超过30000㎡的研发和生产基地,配备独立的检验试验中心,技术装备水平达到国际先进水平。多年来,星辰科技建立了一支高素质的研发技术团队,公司每年制定科学的研发计划,规划年度研发项目及经费投入,开展各类新产品、新技术的研发与验证,确保技术研发朝着正确的方向发展。

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