機器視覺系統(tǒng)已經(jīng)從高級傳感器發(fā)展到集成在控制器中的檢測系統(tǒng)。選擇合適的基于PC的自動化平臺可以使它們變得更好。

多年來，全球半導(dǎo)體芯片制造企業(yè)一直在提倡硬件整合的概念，而集成機器視覺和基于PC的控制是其中的一個機遇。

功率和性能不斷提高的CPU可以加載以前由獨立設(shè)備處理的復(fù)雜計算功能。機器視覺技術(shù)也不例外，隨著它的不斷發(fā)展，工程師們更清楚地看到了令人興奮的新功能。

憑借更高的分辨率和更快的圖像處理能力，視覺系統(tǒng)已經(jīng)超越了高級傳感器的作用，成為一個完整的、集成的檢測解決方案。合適的照明和透鏡仍然決定著圖像質(zhì)量，但其它領(lǐng)域正在取得重要進展。

將機器視覺集成到機器的主控制器中，即使在最復(fù)雜、高速應(yīng)用的情況下，機器視覺技術(shù)也能夠滿足要求，同時還可以減少單獨的硬件。這種方法確保了從觸發(fā)圖像到對結(jié)果進行操作的所有事項都在機器控制的實時代碼中執(zhí)行。利用機器主控制器中的圖像處理，與現(xiàn)場總線更新、軸位置和其它代碼變量緊密同步，提供了與機器、觸發(fā)器和照明的緊密同步，并能夠立即對視覺結(jié)果采取行動。

01

實時功能與機器視覺應(yīng)用

在自動化和控制中，實時性由自動化控制器定義，該控制器運行所有必需的代碼，并以統(tǒng)一的已知速率更新輸入/輸出（I/O）設(shè)備。例如，運動控制器以預(yù)先定義的速率或頻率更新軸的位置。實時還意味著，實時調(diào)度不受實時環(huán)境之外的任務(wù)（如操作系統(tǒng)或其它非實時軟件）的影響。這種一致的、已知的控制器更新率，就是DIN 44300標準“信息處理”中定義的實時處理。

對于不同的機器視覺應(yīng)用，處理速度的設(shè)置也因需求而異。例如，一個應(yīng)用可能要求以每秒5幅圖像的速率檢查圖像，而另一個應(yīng)用可能要求以每秒50幅圖像的速率檢查圖像。這兩個案例都可以在實時環(huán)境中定義和處理檢查，并將檢查結(jié)果發(fā)送給主自動化控制器。所選解決方案的類型會影響實現(xiàn)實時功能的能力。

02

運行視覺檢測軟件的4種方法

運行現(xiàn)代視覺檢測軟件的一些常見方法包括：

■配備板載處理器的智能攝像頭，以提供所需的處理能力；

■PC視覺：一個獨立的多核CPU，在操作系統(tǒng)（如微軟視窗操作系統(tǒng)）中以某個進程運行視覺算法；

■視覺控制器：運行專有操作系統(tǒng)的獨立硬件，為一個或多個遠程攝像頭提供圖像處理；

■先進的、具有多核能力的、基于PC的自動化軟件，可處理實時機器控制和實時視覺處理。

在專用處理器上運行視覺檢查代碼時，完成檢查所需的時間與處理器、處理速度、正在執(zhí)行的代碼和圖像直接相關(guān)。需要它運行得更快嗎？這些選擇可以減少正在處理的圖像數(shù)據(jù)、優(yōu)化代碼或獲得更快的硬件。

在獨立的多核CPU上運行的Microsoft Windows操作系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的基于PC的視覺檢測代碼在運行時，其它因素也在起作用。使用多核可以減少總體處理時間，但是，其它進程也可以訪問這些核，管理進程之間的共享核心，可能會導(dǎo)致完全執(zhí)行視覺檢查代碼所需時間的波動。這會導(dǎo)致檢查所需的處理時間出現(xiàn)不確定的因素。選擇的硬件通常會超過實際需求，但這會增加成本，除了處理器還有一些其它因素，如更大的機柜、額外的運行電源以及機柜內(nèi)需要冷卻措施來處理額外熱量。

智能相機、PC視覺和視覺控制器系統(tǒng)的另一個要求是，在確定檢查結(jié)果時，還必須將這些結(jié)果傳達給主機控制器。這些結(jié)果可以是簡單的通過/失敗，也可以是由大量數(shù)據(jù)組成的圖像。將此數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑C器控制器所需的時間，可能會產(chǎn)生影響，因此也必須予以考慮。

03

用于機器視覺和機器控制模塊的實時PC

一個新的方法是在一個先進的、基于PC的實時自動化平臺及其配套軟件的隔離核心上處理視覺檢測數(shù)據(jù)。在這類平臺上，可以在一個功能強大的硬件上運行許多分隔的機器控制模塊，包括視覺檢測?；赑C的軟件平臺為實時調(diào)用模塊化軟件提供了一個框架。

通過在此實時環(huán)境中對組件進行模塊化，可以在一個硬件上獨立執(zhí)行多個PLC、C++或視覺檢測模塊。基于PC的自動化還提供了將處理器內(nèi)核與系統(tǒng)隔離的能力。

例如，將一個或多個隔離核專用于視覺處理，可以防止其它進程影響完成視覺檢查所需的時間。在同一平臺上運行的其它進程或模塊，不會導(dǎo)致計時結(jié)果發(fā)生變化。另一個好處是，檢查結(jié)果（包括圖像），可立即用于在同一自動化軟件平臺上并行運行的主要機器自動化應(yīng)用。

使用先進的基于PC的實時自動化軟件平臺，可以帶來可觀的實際好處。這包括比機器視覺與機器控制平臺彼此分離時，更高的實時吞吐量和系統(tǒng)可用性。這不僅僅是一種不同的處理機器視覺的方式，也有助于提高整個機器和過程的性能。

04

集成機器視覺優(yōu)化自動化組件裝配

總部位于德國的Aixemtec GmbH公司，致力于為光電系統(tǒng)的精密裝配開發(fā)自動化解決方案。各種應(yīng)用領(lǐng)域的組裝解決方案，都基于一個全面的模塊化平臺。過去，需要采用多臺PC實現(xiàn)視覺、人機界面（HMI）、順序控制和機器控制功能?，F(xiàn)在，一個基于PC的實時自動化軟件平臺就可以完成這些任務(wù)。在軟件方面，使用了視覺、可編程邏輯控制器（PLC）、運動控制、安全和HMI模塊。

過程的某些準備工作，是在實時環(huán)境之外的一個專門開發(fā)的高級語言程序中進行的。基于PC的控制系統(tǒng)，允許在同一臺工業(yè)PC上無縫集成軟件模塊和用戶定制程序。自動化軟件還利用通用通信接口，支持與其它軟件系統(tǒng)之間的必要通信。

關(guān)鍵概念：

■ 機器視覺系統(tǒng)已經(jīng)超越了高級傳感器的作用，成為一個完整的集成檢測解決方案。

■ 基于PC的自動化可以提高實時吞吐量、系統(tǒng)可用性和機器視覺。

審核編輯：劉清