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【虹科方案】 低成本 CAN FD 賦予機器人「指尖智慧」- 精密協作控制解析
探索虹科基於 CAN FD 技術的靈巧手測試方案，實現毫米級運動、毫牛級力控，支撐工業分揀、醫療復健與科研應用，為機器人產業化落地提供高效精準的全鏈路測試與控制方案。
HongKeTechnology 2025年12月17日
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HongKe
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【虹科方案】增材製造中的高精度過程監控與誤差
在粉末床雷射金屬熔化（PBF-LB/M）增材製造過程中，實現高精度的過程監控與誤差檢測對提升零件品質至關重要。阿倫大學雷射應用中心採用虹科合作夥伴 iDS Imaging Development Systems 的兩款高性能 USB3 工業相機，構建了一套完整的視覺檢測系統：其中 U3-3040CP-C-HQ 相機負責對飛濺、煙塵形成等動態過程進行高速捕捉，而 U3-3990SE 相機則實現對粉末層及再熔化層的高解析靜態檢測。
該方案不僅為工藝參數優化提供了關鍵數據支援，更成功應用於難加工材料 FeSi6.5 軟磁元件的製造，展現了 iDS 工業相機在增材製造品質控制領域的專業價值。
一、技術背景與挑戰
粉末床雷射金屬熔化（PBF-LB/M）是增材製造領域的一項關鍵技術，能夠生產具有客製化材料與功能特性的高度複雜、高性能金屬零件。該技術應用於多個行業——從航空航天、醫療技術到汽車工業——被認為是未來製造的重要開創性技術。工藝監控與控制的進步對於進一步提升製造工藝的品質、可重複性與效率至關重要。
其中一項核心挑戰在於對逐層雷射熔化過程進行精確分析，因其對零件品質具有決定性影響。作為提升工藝穩定性與效率研究的一部分，阿倫大學雷射應用中心的學生與科研人員正對 PBF-LB/M 過程進行全局、動態觀測。在基於溫度回饋的高速過程控制背景下，研究人員探究了飛濺與煙塵形成、凝固行為以及增材製造過程中機械零件安全運動等現象。此外，還輔以對再熔零件層幾何形狀的高解析靜態分析，以及對粉末層中潛在缺陷的精確檢測，以便能對最終零件品質做出充分依據的結論。
本研究項目的成像組件為兩台來自虹科深度合作夥伴 iDS Imaging Development Systems 的高性能 USB3 工業相機。
二、雙相機系統配置方案
相機選型與分工
這兩項任務需要不同型號的相機。
“我們使用 USB3 uEye CP 系列相機中的一款，用於對 PBF-LB/M 過程（如飛濺或煙塵形成）進行全局、動態觀測。而對於粉末層與再熔零件層幾何結構中的異常進行靜態、高解析識別，我們則使用 SE 系列的 USB3 uEye 相機，” LAZ 的研究助理 David Kolb 說明。
動態過程監控要求
由於 PBF-LB/M 為高度動態的增材製造過程，零件是逐層生成的，因此對相機的特性要求如下：
分辨率超過 1000 × 1000 像素
幀率超過 100 fps
視場至少 100 mm × 100 mm
具備用於影片錄製的觸發端口
David Kolb 解釋道：”這些特性對於全局動態監控尤為重要，能捕捉飛濺與煙塵形成的細節，確保工藝監控精準可靠。”
三、動態監控相機性能與應用
相機性能特點
所選的 U3-3040CP-C-HQ Rev.2.2 型號，即使在弱光條件下或快速移動物體拍攝，也能提供卓越圖像品質。該相機採用 Sony Pregius 系列 IMX273 全局快門 CMOS 感測器，具有高靈敏度與寬動態範圍，解析度達 158 萬像素（1456 × 1088 px），可達每秒 251 幀，適合動態過程詳細影片與圖像分析。
四、工藝參數確定與材料應用
為確定工藝參數，研究人員透過增材製造生產立方體構件，並使用 USB3 uEye CP 相機分析全局製造過程。藉此可確定最佳雷射參數，利用難加工的 6.5wt.% 硅鐵合金（FeSi6.5）製備新型軟磁元件，用於未來高效率電動機製造。基於此工藝開發的 FeSi6.5 定子半殼件，經優化的三維磁通路可完美適配橫向磁通電機的特殊需求。
該材料的高電阻特性結合 PBF-LB/M 工藝的設計自由度，可有效降低渦流損耗、提升功率密度，並實現冷卻結構等附加功能整合。對於複雜幾何形狀或脆性軟磁材料 FeSi6.5，傳統製造幾乎無法加工，必須依賴增材製造技術完成。
五、靜態高解析檢測方案
對粉末層或零件層幾何形貌的靜態高解析觀測，除了需配備單幀圖像採集觸發端口外，對相機性能亦有特殊要求：
感測器能檢測 40 微米以下幾何特徵
提供至少 100 mm × 100 mm 視場
盡可能接近 1:1 的方形畫幅比例
U3-3990SE Rev.1.2 工業相機採用 Sony Pregius S 系列 IMX541 CMOS 感測器，具備 2000 萬像素超高解析度與 1.1 英吋大感光面，採用背照式（BSI）技術，微像素尺寸僅 2.74 微米，量子效率與感光靈敏度顯著提升，完全滿足靜態高解析需求。
虹科 iDS uEye+ CP 系列高性能工業相機
- 支援緊湊型供電裝置，適用於各種工業應用
- 內建像素預處理功能，配備 120MB 影像內存，適合多相機系統
- 千兆以太網高速傳輸，支援 PoE，單線最長 100m
- 可選 Sony、ams/CMOSIS、e2v、onsemi 多種 CMOS 感測器
- 外殼專利設計，尺寸僅 29 x 29 x 29 mm，旋入式線纜確保導電安全
- 適用於自動化、汽車、印刷包裝、醫療技術與生命科學、農業、物流與運輸等多領域
- 搭載 GigE 介面，在控制機器人抓手等應用中表現出色
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