機(jī)器視覺系統(tǒng)已經(jīng)從高級(jí)傳感器發(fā)展到集成在控制器中的檢測(cè)系統(tǒng)。選擇合適的基于PC的自動(dòng)化平臺(tái)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(jī)器視覺和基于PC的控制是其中的一個(gè)機(jī)遇。

功率和性能不斷提高的CPU可以加載以前由獨(dú)立設(shè)備處理的復(fù)雜計(jì)算功能。機(jī)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(jí)傳感器的作用，成為一個(gè)完整的、集成的檢測(cè)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(jìn)展。

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

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實(shí)時(shí)功能與機(jī)器視覺應(yīng)用

在自動(dòng)化和控制中，實(shí)時(shí)性由自動(dòng)化控制器定義，該控制器運(yùn)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(yùn)動(dòng)控制器以預(yù)先定義的速率或頻率更新軸的位置。實(shí)時(shí)還意味著，實(shí)時(shí)調(diào)度不受實(shí)時(shí)環(huán)境之外的任務(wù)（如操作系統(tǒng)或其它非實(shí)時(shí)軟件）的影響。這種一致的、已知的控制器更新率，就是DIN 44300標(biāo)準(zhǔn)“信息處理”中定義的實(shí)時(shí)處理。

對(duì)于不同的機(jī)器視覺應(yīng)用，處理速度的設(shè)置也因需求而異。例如，一個(gè)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(gè)應(yīng)用可能要求以每秒50幅圖像的速率檢查圖像。這兩個(gè)案例都可以在實(shí)時(shí)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(dòng)化控制器。所選解決方案的類型會(huì)影響實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)功能的能力。

02

運(yùn)行視覺檢測(cè)軟件的4種方法

運(yùn)行現(xiàn)代視覺檢測(cè)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(gè)獨(dú)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(gè)進(jìn)程運(yùn)行視覺算法；

■視覺控制器：運(yùn)行專有操作系統(tǒng)的獨(dú)立硬件，為一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程攝像頭提供圖像處理；

■先進(jìn)的、具有多核能力的、基于PC的自動(dòng)化軟件，可處理實(shí)時(shí)機(jī)器控制和實(shí)時(shí)視覺處理。

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

智能相機(jī)、PC視覺和視覺控制器系統(tǒng)的另一個(gè)要求是，在確定檢查結(jié)果時(shí)，還必須將這些結(jié)果傳達(dá)給主機(jī)控制器。這些結(jié)果可以是簡(jiǎn)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(jī)器控制器所需的時(shí)間，可能會(huì)產(chǎn)生影響，因此也必須予以考慮。

03

用于機(jī)器視覺和機(jī)器控制模塊的實(shí)時(shí)PC

一個(gè)新的方法是在一個(gè)先進(jìn)的、基于PC的實(shí)時(shí)自動(dòng)化平臺(tái)及其配套軟件的隔離核心上處理視覺檢測(cè)數(shù)據(jù)。在這類平臺(tái)上，可以在一個(gè)功能強(qiáng)大的硬件上運(yùn)行許多分隔的機(jī)器控制模塊，包括視覺檢測(cè)。基于PC的軟件平臺(tái)為實(shí)時(shí)調(diào)用模塊化軟件提供了一個(gè)框架。

通過在此實(shí)時(shí)環(huán)境中對(duì)組件進(jìn)行模塊化，可以在一個(gè)硬件上獨(dú)立執(zhí)行多個(gè)PLC、C++或視覺檢測(cè)模塊。基于PC的自動(dòng)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(gè)或多個(gè)隔離核專用于視覺處理，可以防止其它進(jìn)程影響完成視覺檢查所需的時(shí)間。在同一平臺(tái)上運(yùn)行的其它進(jìn)程或模塊，不會(huì)導(dǎo)致計(jì)時(shí)結(jié)果發(fā)生變化。另一個(gè)好處是，檢查結(jié)果（包括圖像），可立即用于在同一自動(dòng)化軟件平臺(tái)上并行運(yùn)行的主要機(jī)器自動(dòng)化應(yīng)用。

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

04

集成機(jī)器視覺優(yōu)化自動(dòng)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(dòng)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(gè)全面的模塊化平臺(tái)。過去，需要采用多臺(tái)PC實(shí)現(xiàn)視覺、人機(jī)界面（HMI）、順序控制和機(jī)器控制功能。現(xiàn)在，一個(gè)基于PC的實(shí)時(shí)自動(dòng)化軟件平臺(tái)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(yùn)動(dòng)控制、安全和HMI模塊。

過程的某些準(zhǔn)備工作，是在實(shí)時(shí)環(huán)境之外的一個(gè)專門開發(fā)的高級(jí)語言程序中進(jìn)行的。基于PC的控制系統(tǒng)，允許在同一臺(tái)工業(yè)PC上無縫集成軟件模塊和用戶定制程序。自動(dòng)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(jī)器視覺系統(tǒng)已經(jīng)超越了高級(jí)傳感器的作用，成為一個(gè)完整的集成檢測(cè)解決方案。

■ 基于PC的自動(dòng)化可以提高實(shí)時(shí)吞吐量、系統(tǒng)可用性和機(jī)器視覺。

審核編輯：劉清