時(shí)間:2023-12-11 10:16:13來源:中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)
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)。
01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);赑C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(guó)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(yǔ)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。
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