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倍倍讲故事:机器视觉为何要集成到自动化控制系统之中?

作者:www.cechina.cn2021.08.30阅读 4168

  机器视觉,就像机器设备的“眼睛”,不仅让机器能像人一样看到“物体”,而且机器视觉功能凭借远高于人工检测的可靠性、精准度和自动化程度,正迅速成为提高制造机械质量的关键技术。

● 对技术开发工程师来说,
工程师在机器视觉这一新领域中,
要学习新的编程语言,
普通电气工程师、PLC 程序员,
要想快速掌握编程和调试,非常之困难;

● 对设备制造商而言,
不仅做机器视觉的硬件投资成本高,
如果要对视觉系统进行开发和维护,
企业后期还需要专门高薪聘请视觉工程师,
成本巨大,耗时耗金;

● 对终端用户来说,
机器视觉往往位于高性能计算机中,
或直接依靠专门配置的智能相机,
因机器视觉和自动化控制分属两套系统,
往往之间通讯不佳,
会导致系统不稳定,出现停机停线等状况,
大大影响工厂的产能。

● 因为在软件框架方面,
视觉程序一般在非实时用户模式中,
而 PLC 多位于实时内核模式中。
由于非实时用户模式采用优先执行机制,
当 CPU 负荷过高、内存过大,
或处理流程过多时,
就可能出现卡顿的现象,
拖慢生产节拍,影响生产效率。

● 而在硬件架构方面,
一般来说,用户会采用一台控制器,
外部连接视觉系统及工业相机、光源等,
由于视觉信号是通过线缆等方式传输,
整个过程很容易出错,
无法保证图像处理中的精确时序,
且外部进程也会影响处理和传输的时间。

因此近年来,
许多技术供应商都在积极寻求突破,
致力于将机器视觉这一相对独立的功能,
集成到自动化系统中。

它可以将机器视觉无缝集成到自动化系统中,
帮助用户解决独立机器视觉的所有难题。

▎TwinCAT Vision 可运用于涵盖距离、直径、圆度的测量,模式识别、位置检测和颜色识别,数据矩阵代码、条形码、QR 码识别,以及用作查看设备内部、简化服务及维护工作等监测用途。

和传统的解决方案对比,
TwinCAT Vision 有几个显著特点:
● 首先,它和控制系统进行了深度集成。
因算法程序和控制程序可集成在 TwinCAT 里,
自动化工程师可以直接在
熟悉的 IEC61131-3 中开发视觉方案,
大大降低机器视觉应用的门槛。
对设备制造企业来说,
还可以培养一个全新的职位
————“自动化视觉工程师”,
不仅给工程师更宽的未来发展道路,
企业更能把控制和视觉难题一次性全搞定!

● 其次,它拥有完美的数据同步。
TwinCAT Vision 让包含 PLC 、机器人技术、
IoT 等在内的所有应用,
都能在一个运行环境中运行。
实现了工作的轻松同步,
数据传输不会产生任何延迟。
不仅显著提升设备效率,
更将 PC 控制的优势诠释得淋漓尽致。

● 另外,它还极具开放性。
遵循倍福开放式控制技术理念,
TwinCAT Vision 同时也是个开放的系统,
支持 GigE Vision 协议,
可以使用不同制造商生产的相机,
还支持软件扩展、
允许用户访问原始相机数据等。

不仅如此,倍福还有专门控制光源
或者相机的超采样模块—— EL2596 ,
可以实现极速控制,
针对飞拍和检测节拍要求很高的场景,
也十分友好。

常见的机器视觉解决方案,
会在单独的计算机上托管集成图像处理,
如图所示:

▎传统机器视觉方案硬件结构

在传统的方案硬件结构中,
用户要添加额外的视觉系统处理器,
以及光源控制器等,
这不仅增加了硬件成本,
且当产线变更检测物体时,
人员需停机并重新进行复杂的流程编辑,
无法适应现代柔性生产的需求。

▎倍福 TwinCAT Vision 方案硬件结构

在 TwinCAT Vision 中,
除了相机光源镜头这些外围设备,
客户只需一个软件包+软件授权,
就可以完成视觉方案,
不仅大大节省了硬件开支,
图像处理与控制组件的直接通讯,
让响应时间更短、
设备生产节奏更快、效率更高。

● 此外,在软件方面,
TwinCAT Vision 实时的以太网接口驱动程序,
让图像数据可直接保存在控制器内存中。

▎TwinCAT Vision软件架构

附带的 GigE Vision 接口
还保证了图像数据传输的可靠、高速。
相较于传统的视觉算法
(如 OPENCV、HALCON 等),
TwinCAT Vision 更加简化,
也更适合普通电气工程师
用 PLC 语言进行开发。