PCB電路板被廣泛應用于通訊電子、消費電子、計算機、汽車電子、工業(yè)控制、醫(yī)療器械、國防和航空航天等領域，市場需求巨大。其中PCB板的電子器件插件又是線路板制作流程的核心工藝，以電阻、電容、晶體管、LED燈、連接器和按鍵等電子元件為主的PCB板插件工藝經歷了三個發(fā)展階段，即人工插件、自動插件機、高速異性插件機等。本文重點介紹了正運動技術開發(fā)的PCIE464運動控制卡工業(yè)運動控制解決方案，用戶可將PCIE464嵌入在標準PC機中，以快速實現(xiàn)高性能的EtherCAT運動控制功能。

　　文/深圳市正運動技術有限公司

　　最傳統(tǒng)模式是人工插件，效率低下，并且錯插、漏插現(xiàn)象嚴重，產品質量低下;隨著自動化的興起和發(fā)展，自動插件機市場逐漸崛起，插件效率和準確率大大提升，但是只能夠插單一類型的電子元器件，對生產廠家在成本和換料操作方面造成了一定的困擾;全球智能制造的進一步提升以及普及，產能、精度以及易操作已經成為越來越重要的性能指標，自動異形插件機，可裝載多種器件供料裝置、多工位多頭夾取、高精度視覺定位等處理，能夠極大地提高生產效率和降低成本，逐漸成為行業(yè)需求的風向標。

人工插件 

全自動異性插件

　　1 EtherCAT總線PCIe運動控制卡PCIE464產品介紹

　　正運動技術PCIE464運動控制卡，提供高效的工業(yè)運動控制解決方案，用戶可將PCIE464嵌入標準PC機中，以快速實現(xiàn)高性能的EtherCAT運動控制功能。

正運動技術PCIE464運動控制卡

　　在“PC+運動控制卡”的模式下，可充分利用PC的高效數(shù)據(jù)處理和開放性特性，以及控制卡高速PWM、多維位置比較輸出PSO等功能，實現(xiàn)出色的多軸同步控制和高速點位以及復雜的軌跡運動控制等功能，確保了控制卡與上位機的無縫實時數(shù)據(jù)交互，極大地提升運動控制的效率和精度，同時利用PC Windows的特性，可簡單快速對接到MES等數(shù)據(jù)中心，可被廣泛應用于3C電子制造、半導體、裝配、精密加工、鋰電和光伏、機器人等領域。

PC+運動控制卡解決方案

　　硬件特性如下：

　　l 可選6-64軸運動控制，支持EtherCAT總線/脈沖/步進伺服驅動器;

　　l 聯(lián)動軸數(shù)最高可達16軸，EtherCAT周期最快125us;

　　l 標配8進8出，其中4路高速鎖存輸入和8路高速PWM、PSO輸出，更多IO請選配ACC37接線板擴展板;

　　l 支持PWM輸出、精準輸出、PSO硬件位置比較輸出、視覺飛拍等;

　　l 支持30+機械手模型正逆解模型算法，比如SCARA、Delta、UVW、4軸/5軸 RTCP......;

　　l 支持掉電存儲和掉電中斷，提供程序更安全機制;

　　l 具有螺距補償控制，在單軸/多軸上通過多個補償點進行精確調整，從而實現(xiàn)更高的加工精度。

　　2 PCIE464運動控制卡在高速異性插件機的應用

　　異形插件機是一種用于自動化電子裝配過程的機器，能夠按照預設程序將編帶或者供料器的電子元器件精確地安裝到印刷電路板上。異性插件機的設備控制主要由視覺系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)和人機交互三大部分組成。

　　以往常用的控制系統(tǒng)方案配置是PC+機器視覺+PLC，PLC的網(wǎng)口交互效率并不高，導致產能不夠。得益于PCI/PCIE運動控制卡的高實時和高響應，PC+運動控制卡+機器視覺的方案逐漸替代傳統(tǒng)的PLC方案，在效率、精度和可操作性方面得到了極大的提升，實現(xiàn)了從異性插件機到高速異性插件機的跨越。

　　(1)人機交互

　　Windows運行環(huán)境，操作界面、IO監(jiān)控、視覺監(jiān)控、手動運動、設備參數(shù)、生產管理數(shù)據(jù)等。

　　(2)視覺系統(tǒng)

　　①電子元件針腳視覺識別和定位，主要對電子元件的外輪廓和針腳進行識別檢測與定位;

　　②對PCB板通過圓孔、方孔、不規(guī)則點等進行MARK定位，電子元件精確的插到PCB上。

引腳視覺處理 

PCB定位圖片

　　(3)運動控制

　　工業(yè)電腦PC與PCIE464運動控制卡高效配合控制，EtherCAT連接18個EtherCAT總線驅動，包含直線電機和旋轉電機以及遠程IO等，可實時調整切換驅動器位置模式、速度模式和力矩模式，實現(xiàn)異性插件機設備的高效、高精度的運動控制。

　　工業(yè)電腦PC+PCIE464運動控制卡高效配合控制

　　正運動技術的PCIE464運動控制卡，EtherCAT周期最快125us，高速的PCIe接口，視覺飛拍，SS曲線加加速度平滑等功能，特別適用于高速高柔的運動控制，應用在高速異性插件機上，插件頭拾取元件后，XY直線運動平臺移動到檢測相機上方進行飛拍，對元件引腳進行檢測和定位，從而保證插件更加精準，優(yōu)化路徑、保證XY平臺運行路徑最短，可實現(xiàn)0.6s/pcs的節(jié)拍，重復定位精度可達±0.01mm，滿足高速高精的市場需求。

　　3 PCIE464運動控制卡在高速異性插件機的核心功能

　　(1)方案配置

　　(2)運動控制核心功能

　　①S曲線、SS曲線

　　S形速度曲線同樣用于表達速度與時間的關系。但與梯形曲線的區(qū)別在于對梯形曲線的加速和減速階段進行平滑，平滑后曲線形狀如字母S。S形速度曲線如下圖所示。

　　正運動提供了專門的SRAMP指令實現(xiàn)。在實際運動應用中，通過SRAMP指令進行對應的值設置，可使運動中的速度曲線更加平滑，從而減少對控制過程中的沖擊，并使插補過程具有柔性。

S曲線 加速度連續(xù)

　　SS速度曲線又名加加速度曲線，用于表達加速度與時間的關系。加加速度是描述加速度變化快慢的物理量，即加速度的變化率。

　　正運動提供了 VP_MODE 指令的模式6和7可實現(xiàn)SS曲線，即對加速度的加速和減速階段進行平滑，如下圖所示。

SS曲線 加加速度連續(xù)

　　在高速異性插件機中，對加加速度進行平滑后，可降低機構因加速度變化率太快而導致的沖擊過大和抖動現(xiàn)象，實現(xiàn)更柔性化生產，提升產能。

　?、谝曈X飛拍

　　電子元件在供料系統(tǒng)中進行預整形，在夾爪抓取元件之后，會走到下相機位置，對電子元件的引腳進行視覺識別和定位，視覺識別主要檢測引腳缺失、變形等，OK繼續(xù)往下，NG廢料處理;視覺定位是通過對引腳的視覺處理，進行夾爪上電子元件的對位糾偏，方便插到PCB上去。到相機位置進行拍照和視覺處理，往往造成設備不需要的停頓動作，每次插件都停頓1-2s，1000次貼裝都要停頓半小時，對產能產生嚴重的影響。

定拍V-T圖 

飛拍V-T圖

　　使用視覺飛拍技術，當夾爪抓取元件運動到拍照區(qū)域，由PCIE464運動控制卡高速硬件位置比較輸出觸發(fā)相機，進行動態(tài)無停頓拍照，微秒級的拍攝速度，數(shù)毫秒間輸出視覺運算結果，再利用相機回傳的位置數(shù)據(jù)，對視覺缺陷和角度位置進行判斷、修正補償。在2m/s的運行速度下，插件精度依然能夠確保在±0.01mm的精度，并且效率提升5%以上。

　　(3)動作流程

　　①供料：電子元件通過飛達等裝置，經過供料槽預整形后輸送至供料器外端;

　?、谖≡簷C器的夾爪從供料器外端夾取電子元件，準備去PCB插件，同時同步輪轉一個角度，下一個元件到供料位置;

　?、垡曈X飛拍：夾爪夾取的電子元件，按照預設路徑，經過下相機，進行視覺飛拍，并進行圖形處理(針腳檢測與定位糾偏等)，把視覺圖形結果給到PCIE464運動控制卡;

　　④PCB板MARK點定位后，夾爪把夾取的電子元件精準的插入到PCB上;

　?、輮A爪返回供料位，再去取料，繼續(xù)把其他元件插件到PCB上，直到單個PCB板元件插完;

　?、迋魉脱b置把插好的PCB板流出到下一個工位待焊接，同時下一塊待插件的PCB板就位。

　　4 PCIE464運動控制卡在高速異性插件機應用的優(yōu)勢

　　(1)適用于支持WindowsXP/7/10/11，Linux等操作系統(tǒng)，適用性更廣;

　　(2)統(tǒng)一開放的API函數(shù)接口，讓用戶開發(fā)更靈活更高效;

　　(3)PCIe接口相較于PCI接口，傳輸效率更快，更適用于高速高精的應用場景;

　　(4)支持上位機+RTBasic腳本語言混合開發(fā)，極大提高指令的實時執(zhí)行效率;

　　(5)支持C語言編譯，程序執(zhí)行效率更快，提升設備運行效率;

　　(6)EtherCAT同步周期可快至125us，提升設備產能;

　　(7)一維/二維/三維硬件位置比較輸出，可視覺飛拍，縮短設備整體CT;

　　(8)更安全機制，內置RTBasic程序執(zhí)行，確保Windows系統(tǒng)在“藍屏”情況下程序不會“宕機”。