摘要
由于半導(dǎo)體與光電產(chǎn)業(yè)對(duì)生產(chǎn)技術(shù)高速、多軸與高精確度的需求，生產(chǎn)機(jī)臺(tái)或檢測(cè)機(jī)臺(tái)中使用的運(yùn)動(dòng)控制硬件控制卡越來(lái)越向精確時(shí)程控制的目標(biāo)發(fā)展，本文將針對(duì)新應(yīng)用趨勢(shì)的『程序運(yùn)動(dòng)』技術(shù)及『絕對(duì)同步』運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)做概念性的介紹，并且與讀者分享在產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用案例。
一、前言
在大多數(shù)制造業(yè)的生產(chǎn)流程中，運(yùn)動(dòng)控制占有非常重要的地位，很多的機(jī)器、設(shè)備，包含半導(dǎo)體或是光電產(chǎn)業(yè)設(shè)備，或者是傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的車床、銑床、CNC整合加工機(jī)具等，都包含運(yùn)動(dòng)控制的模塊。
在PC采取開(kāi)放式架構(gòu)以及價(jià)格優(yōu)勢(shì)下，一些專業(yè)領(lǐng)域的專家，開(kāi)發(fā)了很多能在PC-based上應(yīng)用的控制卡，希望能為PC-based用戶提供解決性方案。而近年來(lái)，由于影像視覺(jué)的辨識(shí)技術(shù)逐漸成熟，運(yùn)動(dòng)視覺(jué)解決方案對(duì)搭配運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的需求也越來(lái)越明顯。這些技術(shù)的進(jìn)步促使整個(gè)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用層面更為豐富。更多的設(shè)備開(kāi)發(fā)商，可以選擇使用開(kāi)放架構(gòu)的PC和操作系統(tǒng)作為控制用的平臺(tái)，也因此更多的核心開(kāi)發(fā)技術(shù)可以掌握在開(kāi)發(fā)者手中，再加上價(jià)格優(yōu)于其它解決方案，因此具備了很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
在運(yùn)動(dòng)控制方面，大致可以歸納出幾項(xiàng)運(yùn)動(dòng)所需要的控制軌跡：
(1) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)(Point-to-Point)：?jiǎn)屋S的運(yùn)用，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡的指令集，控制單軸由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，所以又稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。
(2) 補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)(Interpolation)：補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)通常可以分為線性補(bǔ)間及圓弧補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)。線性通常可以由兩軸以上構(gòu)成，而圓弧補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)則由兩軸構(gòu)成，形成一個(gè)多維或二維的運(yùn)動(dòng)軌跡。通常補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)可以用于連續(xù)軌跡的運(yùn)動(dòng)控制，例如雕刻或是鞋模等等。補(bǔ)間運(yùn)動(dòng)的解析決定了軌跡運(yùn)動(dòng)的控制精度。
(3) 螺線型運(yùn)動(dòng)：由二維的圓弧運(yùn)動(dòng)和垂直軸的線性運(yùn)動(dòng)組合而成，多用于工具機(jī)的應(yīng)用中。
(4) 多軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)或是同時(shí)停止：控制兩個(gè)以上的運(yùn)動(dòng)軸做PTP的同時(shí)運(yùn)動(dòng)，或是同時(shí)停止。
(5) 同步運(yùn)動(dòng)控制：通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡的絕對(duì)同步性，可以使多軸的運(yùn)動(dòng)依照一定的時(shí)間順序準(zhǔn)確控制，也可以通過(guò)條件設(shè)定使得軸與軸之間可以依據(jù)相互關(guān)系而運(yùn)動(dòng)。通常這種方式的控制必須采用串行式的運(yùn)動(dòng)控制器才能達(dá)成，由于串行式控制器與馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器有特定的通信協(xié)議，彼此之間可以依據(jù)運(yùn)作的時(shí)鐘，來(lái)實(shí)現(xiàn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制。本文即是與讀者分享由同步運(yùn)動(dòng)所發(fā)展的程序運(yùn)動(dòng)控制的技術(shù)。
非串行式運(yùn)動(dòng)控制器 串行式運(yùn)動(dòng)控制器
二、目前現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)控制解決方案
控制核心技術(shù)
ASIC-based
ASIC為Application Specific Integrated Circuit，特殊用途集成電路或?qū)Ｓ眉呻娐贰ＴS多運(yùn)動(dòng)控制器會(huì)采用具有運(yùn)動(dòng)功能的ASIC，來(lái)達(dá)到低端或是高端的運(yùn)動(dòng)控制。通常ASIC已經(jīng)由芯片開(kāi)發(fā)廠商經(jīng)過(guò)一連串測(cè)試與市場(chǎng)洗煉，所以穩(wěn)定度與功能的驗(yàn)證度高，整體的指令集執(zhí)行速度快，但是，缺乏可程序化能力，所以相較于DSP的運(yùn)動(dòng)控制卡，無(wú)擴(kuò)充能力，亦無(wú)法實(shí)現(xiàn)絕對(duì)同步的運(yùn)動(dòng)控制。ASIC-based的運(yùn)動(dòng)控制一般適合用于步進(jìn)馬達(dá)、線性馬達(dá)及伺服馬達(dá)等的異步運(yùn)動(dòng)軌跡控制。
DSP-based
近年來(lái)，由于伺服控制有實(shí)時(shí)性(Real Time)的需求，在精準(zhǔn)時(shí)間控制的要求下，一般都采用速度較快的DSP，也有采用RISC或是一般CPU來(lái)完成的。使用高速的DSP通常會(huì)搭配高速的內(nèi)存，而采用DSP的運(yùn)動(dòng)控制卡，由于具有可程序化的能力，所以一般使用者可以下載部分過(guò)程控制碼在DSP內(nèi)部執(zhí)行，這樣的優(yōu)點(diǎn)在于整個(gè)控制程序享有實(shí)時(shí)性(Real Time)的特點(diǎn)。
