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備處理的復雜計算功能。機器視覺技術也不例外，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，即使在最復雜、高速應用的情況下，機器視覺技術也能夠滿足要求，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果采取行動。

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實時功能與機器視覺應用

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）設備。例如，運動控制器以預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（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用，處理速度的設置也因需求而異。例如，一個應用可能要求以每秒5幅圖像的速率檢查圖像，而另一個應用可能要求以每秒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。

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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。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，可能會導致完全執(zhí)行視覺檢查代碼所需時間的波動。這會導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，在確定檢查結果時，還必須將這些結果傳達給主機控制器。這些結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。

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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?；赑C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，不會導致計時結果發(fā)生變化。另一個好處是，檢查結果（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。

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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。各種應用領域的組裝解決方案，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。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