2. XTS硬件架构与视觉触发接口

XTS（eXtended Transport System）是倍福基于直线电机与磁悬浮动子技术实现的柔性输送系统。要把它和视觉系统稳定地联动起来，第一步不是写程序，而是把硬件架构和触发接口理清楚：动子在哪里、位置由谁提供、触发信号从哪条链路发出、相机和光源如何被同步。本节围绕系统组成、EtherCAT通信、触发信号类型、相机与光源接口以及I/O模块选型五个方面展开，重点说明“信号从哪来、经过什么、到哪里去”。

一、XTS系统组成

一套完整的XTS由几个层次构成。最底层是电机模块（Motor Module），它是直线电机的定子段，内部包含驱动线圈阵列和位置检测用的霍尔/编码器反馈，多个电机模块可以拼接成直线、圆弧或任意几何路径。动子上装有永磁体，被电机模块产生的行波磁场推动，因此动子本身不带电缆，可自由移动。

第二层是供电与驱动。XTS通常由AX8000或AX5000系列伺服驱动器供电，驱动器通过EtherCAT与TwinCAT控制器通信，接收位置指令并回传动子实时位置。第三层是控制器，即运行TwinCAT 3的工业PC，负责轨迹规划、动子调度和视觉触发逻辑。第四层是I/O与触发接口，包括EtherCAT耦合器、数字量/模拟量模块、以及用于相机触发的精确输出模块。第五层是视觉子系统，包含相机、镜头、光源及其控制器。

需要特别注意的是，XTS动子的位置信息是“已知量”——控制器随时知道每个动子的精确位置。这正是视觉触发的基础：不需要额外传感器去检测动子到达，而是由控制器在动子到达设定位置的瞬间发出触发信号。

二、EtherCAT通信与实时性

XTS的所有运动控制与I/O交互都跑在EtherCAT上。EtherCAT采用“飞读飞写”机制，主站发出一个以太网帧，从站依次在帧经过时读写自己的数据，因此整个网络的通信延迟与从站数量关系不大，主要取决于帧长度和拓扑。对于XTS视觉触发，这意味着触发输出模块和驱动器可以在同一个EtherCAT周期内完成数据交换。

典型配置下，XTS的EtherCAT周期可设为1 ms、500 μs甚至250 μs。周期越短，动子位置更新越密，触发位置判断越精确。但要注意：触发输出模块本身也有响应延迟，例如EL2202等模块的翻转延迟在微秒级，而相机从收到触发到实际曝光还有几十微秒的延迟。因此，触发位置不能设成“动子到达目标点的瞬间”，而应提前一个触发提前量。

触发提前量的估算方式为：提前量 = 动子速度 × (EtherCAT周期 + 输出模块延迟 + 相机触发延迟)。例如动子速度2 m/s，EtherCAT周期500 μs，输出延迟10 μs，相机触发延迟50 μs，则提前量约为 2 × 560e-6 = 1.12 mm。这个值需要在调试中根据实际图像位置微调。

三、触发信号类型

XTS视觉触发主要有三种信号类型，用途不同，不能混用。

• 位置触发（Position Trigger）：当动子位置进入设定窗口时，控制器置位一个数字量输出。这是最常用的方式，适合“动子到达拍照位就拍”的场景。窗口可以设成单点，也可以设成一段区间，区间内只触发一次。
• 周期触发（Cyclic Trigger）：按固定时间间隔输出脉冲，与动子位置无关。适合传送带式连续扫描或需要固定帧率的场合，但在XTS中较少单独使用。
• 编码器/位置同步触发（Encoder Sync）：将动子位置增量作为触发源，每移动固定距离输出一个脉冲。适合需要等间距拍照的检测任务，例如沿动子运动方向做表面缺陷扫描。

三种触发方式在TwinCAT中都可以通过Touch Probe或Position Compare功能实现。Touch Probe适合高精度时间戳锁存，Position Compare适合位置窗口比较。选择时看需求：要“记录动子经过某点的精确时刻”用Touch Probe；要“在某个位置区间输出电平”用Position Compare。

四、相机与光源接口

相机接口分两类：硬触发接口和软触发接口。硬触发通过I/O模块直接给相机触发输入引脚发送电平或脉冲，延迟低、抖动小，是XTS视觉触发的首选。软触发通过GigE或USB发送命令，延迟受网络栈和驱动影响，通常为毫秒级，不适合高速动子。

光源接口同样重要。频闪光源需要与相机曝光同步，通常由光源控制器接收同一触发信号，或由相机的闪光输出（Strobe Out）驱动。如果光源响应时间较长（例如某些大功率LED频闪需要几十微秒才能达到稳定亮度），则光源触发应比相机触发再提前一些，或者选择响应更快的控制器。

接线时注意电平匹配：XTS的I/O模块通常输出24 V电平，而多数工业相机的触发输入是5 V或12 V，需要加电平转换或使用支持宽电压输入的相机。同时，触发线应使用屏蔽双绞线，避免与电机动力线并行走线，否则PWM噪声可能造成误触发。

五、I/O模块选型

触发输出模块的选型直接影响触发精度。以下是常见选择与适用场景：

选型原则：动子速度越高、定位精度要求越严，越要选时间戳精度高的模块。如果只是做低速检测或光源控制，EL2008即可满足。另外，若相机触发输入需要5 V电平，可选用EL2xxx系列中支持5 V输出的型号，或外加电平转换模块。

把以上五部分串起来看，XTS视觉触发的硬件链路就是：控制器算位置 → EtherCAT传指令 → 触发模块输出电平 → 相机曝光、光源频闪 → 图像回传。每一环的延迟都会累积到最终定位误差里，因此选型和参数设置必须围绕“延迟可控、抖动可测”来做。