快速進化的柔性製造


、智能製造凸顯了用戶對於新一代運動控製方案的旺盛需求
，基於英特爾® x86架構的PAC控製器通過軟件控製方案
，以及英特爾® 處(chu)理(li)器(qi)強(qiang)大(da)的(de)算(suan)力(li)與(yu)實(shi)時(shi)性(xing)特(te)性(xing)
，提(ti)供(gong)了(le)高(gao)確(que)定(ding)性(xing)算(suan)力(li)，顯(xian)著(zhu)降(jiang)低(di)了(le)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)的(de)延(yan)時(shi)，提(ti)升(sheng)了(le)運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)與(yu)效(xiao)率(lv)，可(ke)助(zhu)力(li)製(zhi)造(zao)行(xing)業(ye)的(de)轉(zhuan)型(xing)升(sheng)級(ji)。

在半導體封測、點膠控製、鏡頭組裝等先進裝備生產製造場景，精細化的運動控製在分選、組裝等流程中扮演著重要角色。傳統的運動控製器大多通過 PC（視覺/數據處理）+ARM-Based（運動控製）來進行交互，這種方式將 PC dexinxichulinengliyuyundongkongzhiqideyundongguijikongzhinengliyoujijiehezaiyiqi，manzulepubianchangjingxiadeyundongkongzhixuqiu。dantongshi，suizhezhizaoxingyefazhanduiyujingxihuakongzhinenglidailaigenggaodeyaoqiu，zheyifanganshangxuyaohuajiesuanlibuzu、控製器交互延遲、係統抖動等挑戰。

深圳市卓信創馳技術有限公司推出了基於英特爾® Alder lake N架構的PAC控製器，該控製器將視覺/數據處理能力、運動控製能力整合在搭載了英特爾® 處理器的工業控製計算機上，對比傳統運動控製卡/控製器，PAC 控製器的機器控製程序調用運動控製功能的效率提高了 1000 倍，意味著更穩定和敏捷的機器控製。此外，英特爾® 酷睿™ 處理器的強大算力，也有助於控製器處理更加複雜的算法，實現更複雜、精細的運動規劃，加速智能製造變革。

1、 解決方案：基於英特爾® Alder lake N架構的PAC 控製器
PAC 控製器創新地將運動控製的功能與視覺/數據處理的功能融合到搭載英特爾®處理器的卓信創馳控製器上
，並綁定不同的 CPU 核心進行處理，雙方之間通過高速共享內存來連接

，大幅提高了運動控製與一般 PC yingyongdeshujujiaohuxiaolvyijihanshudezhixingsudu。gaifanganjichenglejiyushishixitongdeyonghuchengxuzhixinghuanjing
，shixianlegengwendingheminjiedejiqikongzhi，nenggoumanzuxinpianjianhe (Die-Bonding)
、3C行業FATP、3D路徑點膠等場景對於精細
、低延遲
、高穩定的運動控製的需求。
 
 圖1. PAC 控製器方案設計

PAC控製器采用了嵌入式、緊湊型、無風扇設計，可搭載第 12 代英特爾® 酷睿™ 處理器
、英特爾淩動® x7000E 係列處理器、英特爾® 處理器 N 係列處理器等處理器
，滿足不同場景的需求。該控製器具備如下優勢：

• 豐富的 IO 配置：IO 接口根據客戶應用需求設計進行自定義配置，實現不同功能。
• 高擴展性：支持 4G/5G/Wi-Fi 無線通訊模塊和 UPS 不間斷電源等模塊擴展。
• 高可靠性：采用模塊化
  、無線纜的結構設計，通過板對板連接器進行信號擴展
  ，確保震動環境下連接可靠；領先的散熱設計
  ，CPU 不掉頻
  、不卡頓；通過高低溫跌落測試、機械衝擊測試
  、冷熱衝擊測試等多項可靠性測試
  ，確保在嚴苛的工業環境中長期平穩運行。
• 緊湊化結構設計：緊湊的尺寸設計，輕鬆布局到工業現場
  ，提升時間、空間利用率。
• 敏捷開發、快速定製服務：可根據不同應用需求快速定製提供開發和部署的工具，縮短上市周期。

  
圖2. 卓信創馳工業控製器（左：E21YK 係列，右：Xmen係列）

1.1 PAC 控製器通過軟件控製方案實現實時性、穩定性顯著提升
得益於麵向物聯網與邊緣應用的英特爾® 處理器，以及英特爾® RDT 技術改善實時性，PAC 控製器能夠提供如下功能優勢：在Windows滿載的情況下，平台管理的硬件資源依然保持了絕佳的實時性能。
 
1.1.1 顯著降低運動控製器交互的延遲
 PAC 控製器將運動控製程序和機器視覺等軟件放在同一台工業計算機上，通過高速共享內存的方式，大幅度提高了運動控製與一般 PC 應用的數據交互效率以及函數的執行速度。

 
圖3. PAC 控製器將運動控製程序和機器視覺等軟件整合在同一硬件中

在測試中，通過調用讀寫軸位置信息的指令，循環 20000 次，並統計每次的周期時間。測試數據如圖 3 所示，通過 PCI 通訊方式的運動控製卡，平均一次的讀寫時間為 71.74 微秒
，而使用共享內存交互方式的 運動控製器
，平均一次的讀寫時間僅需 0.06 微秒
，其交互速度是運動控製卡（PCI 接口）的一千倍。
  

圖4.不同運動控製器方案交互延時數據測試（越低越好）

1.1.2 提升機器程序執行效率與穩定性
傳統運動控製方案將運動控製算法和 EtherCAT 協議棧等運行在實時係統上，用戶機器控製程序運行在 Windows 係統上，由於 Windows 係統在計算時會存在抖動，因此會導致速度曲線發散
，影響機器控製程序的執行效率。
基於 PAC 控製器，用戶程序（C#，C++）可以被加載到 INtime 實時係統中，使機器控製程序擺脫 Windows 抖動的影響。PAC 采用了英特爾® RDT 的 CAT 與 MBA 技術
，會對其它進程內用到的 CPU 線程以及緩存進行服務等級設置，從而限製內存帶寬使用上限及 CPU 緩存，避免對於關鍵的機器控製程序帶來影響

，從而保證程序運行的實時性。
 

圖5. 基於 PAC 控製器，用戶可以實現確定的 125 微秒的程序執行周期

循環運動實驗，在相同零點的 6 次 IO 翻轉+往複運動 20mm
，相同的伺服係統，循環 200 次

，程序分別運行在 PAC 和 Windows 使用相同的硬件，從驅動器中讀取速度曲線。測試數據如圖 4 所示，Windows 速度曲線更為發散，此外
，Windows 方案完整運動周期耗時 63.34 秒
，PAC 方案耗時 46.02 秒，整體速度提升了 20% 左右
，穩定性提高了 99.83%。

 
圖6. PAC/Windows 速度曲線對比

1.1.3 提供強大的前饋控製功能
PAC 控製器的前饋控製功能基於 ISG CNC 算suan法fa庫ku。在zai運yun動dong規gui劃hua時shi不bu僅jin計ji算suan位wei置zhi信xin息xi，還hai額e外wai計ji算suan由you於yu總zong線xian周zhou期qi和he運yun動dong控kong製zhi係xi統tong計ji算suan周zhou期qi在zai速su度du，加jia速su度du

，加jia加jia速su度du等deng方fang麵mian的de產chan生sheng延yan遲chi，通tong過guo EtherCAT 驅動器的速度環和電流環偏移接口輸入補償量，減少軸的位置偏差。
測試數據顯示，在打開前饋控製功能之後
，平均路徑偏差從 0.033mm 下降到 0.013 mm，0.01mm 定位精度的整定時間從 13.2ms 下降到 10.6ms.
 

圖7.前饋功能打開前後的位置偏差對比

1.1.4 能夠支持複雜的實時視覺算法處理
PAC Vision 的圖像算法和 GigE 在實時係統中運行

，能夠大幅度減少圖像處理與引導位置計算，以及通過計算結果進行運動控製的時間，提高視覺-計算-運動全周期的穩定性。

  
圖8. PAC Vision 可支持實時視覺處理

1.2 方案中的英特爾技術及應用
基於英特爾® 架構的PAC 控製器支持包括第 12 代英特爾® 酷睿™ 處理器、英特爾淩動® x7000E 係列處理器、英特爾® 處理器 N 係列處理器在內的處理器選項，不僅能夠滿足複雜的機器控製算法的高效運行，還具備寬溫支持
、高穩定性

、遠程維護等能力，為運動控製奠定了堅實的硬件基礎。
該控製器還應用了英特爾® 資源調配技術 (RDT) 提升實時處理能力，采用英特爾® Virtualization Technology for Directed I/O (VT-d)
、英特爾® Virtualization Technology for x86 (VT-x) 等虛擬化技術實現硬件虛擬化。上述軟硬件技術能夠滿足PAC 控製器在算力
、延遲控製、穩定性等方麵的需求。
對於單純運動控製場景和單相機運動+視覺引導場景，用戶可以選擇 N 係列處理的控製器產品兼顧高性能
，可靠性和性價比。多相機引導場景
，或運行其他複雜運算場景
，建議用戶選擇 12 代英特爾® 酷睿™ 處理器以獲得最佳的計算性能。
 

2、應用場景
目前
，基於英特爾® 架構的PAC 控製器在 IC 分選測試

、芯片鍵合
、3C產品FATP應用、3D點膠等場景中得到了廣泛的應用。
 

2.1 芯片鍵合
在半導體工藝中，“鍵合”是指將晶圓芯片固定於基板上
，芯片鍵合技術通過將半導體芯片附著到引線框架 (Lead Frame) 或印刷電路板 (PCB, Printed Circuit Board) 上
，來實現芯片與外部之間的電連接。芯片鍵合對於運動控製的精確性、穩定性都帶來了極高要求。
 
圖9. 芯片鍵合

PAC 控製器支持芯片鍵合場景
，芯片鍵合的組裝精度達到*X/Y 組裝高精度± 10 μm@3σ; 旋轉精度達到 ± 0.15°@3σ，可編程力控應用為 Bond force 0.5N~75N，UPH 超過 6K/工位。其具備如下優勢：

• 運動控製程序和機器視覺等軟件放在同一台工業計算機上，通過高速共享內存的交互方式，大幅度提高了運動控製與一般 PC 應用的數據交互效率以及函數的執行速度；
• 基於英特爾® 處理器高算力和 ProCon M:單個控製器實現最多 64 軸的 125μs EtherCAT 周期運動控製，高性能的驅動器管理
  ；
• 通過 PAC 係統
  
  ，機器的邏輯，運動，視覺控製程序完全在 INtime 實時係統運行，提供機器程序執行的穩定性
  
  ，縮短機器 CT；
• ISG CNC 算法庫中的前饋和振動抑製等先進算法和英特爾® 處理器高算力可以提高機器穩定性和縮短機器 CT。

2.2 點膠
點膠是工業生產中的一種重要工藝，是指是把電子膠水、油或者其他液體塗抹
、灌封、點滴到產品上，讓產品起到黏貼、灌封
、絕緣、固定、表麵光滑等作用。現代化的工業生產對於點膠精度、軌跡控製都有著更高的要求
，對於運動控製帶來更高的挑戰。
 

圖10.手機製造中的點膠工藝

麵向點膠工藝的PAC 控製器方案具備如下優勢：

• 可集成點膠界麵，支持直接導入 CAD 文件生成運動指令
  
  ；
• ISG CNC 算法庫領先的前瞻技術和樣條路徑
  ，HSC 等功能滿足行業頂級軌跡控製需求
  ；
• ISG CNC 算法庫支持 5 軸 RTCP 功能以及超過 50 種運動學變換模型
  ；
• PAC 控製器內置 FPGA 快速 IO
  
  ，可以實現提前開關膠，PWM 膠閥控製等點膠工藝特殊需求。

關於卓信創馳
卓信創馳創立於2018年，是一家專注於工業控製、機器視覺、自動化等領域的國家級高新技術企業。
zhuoxinchuangchijianchiyishichanglinghuoduoyangdexuqiuweidaoxiang，yiyongyouzizhuzhishichanquandechuangxinjishuweijichu，yikuaisuweikehutigongdingzhihuajiejuefanganweihexin
，jujiaoyuqianrushijisuanshebeideyanfa、生產和銷售，致力於工業領域的自動化
、數字化和智能化

，為客戶提供技術全麵
、穩定可靠

、靈活便捷的硬件產品及係統解決方案，以質樸的初心服務工業現代化
，攜手客戶一起創造未來工業無限可能。