机器视觉、机器控制与基于pc的自动化融合

全球半导体芯片制造企业多年来一直在推广硬件整合的概念，整合机器视觉和基于pc的控制是其中的机遇。

随着cpu的功率和性能不断提高，可以加载以前由单独设备处理的计算复杂功能。机器视觉技术随着它的不断发展，也不例外，工程师们正在更清楚地看到令人兴奋的新功能。

凭借更高的分辨率和更快的图像处理，视觉系统已经超越了高架传感器的作用，成为一个完整的、集成的检测解决方案。正确的照明和透镜原理仍然决定着图像质量，但在其他领域也取得了重要进展。

将机器视觉集成到机器的主控制器中，使机器视觉技术即使在最复杂的高速应用中也能满足需求，同时减少单独的硬件。这种方法确保从触发图像到对结果进行操作的所有事情都发生在机器控件的实时代码执行中。随着图像处理在机器的主控制器，关闭同步到现场总线更新，轴位置，和其他代码变量提供关闭机器，触发器和照明同步以及能够立即对视觉结果。

让我们用机器视觉实现实时

在自动化和控制中，实时是由自动化控制器定义的，它运行所有必需的代码，并以一致的已知速率更新输入/输出(I/O)设备。这包括，例如，以预先描述的速率或频率更新其轴的位置的运动控制器。实时还意味着实时调度器不受实时环境之外的任务(如操作系统或其他非实时软件)的影响。这种一致的、已知的控制器更新速率是由DIN 44300标准定义的实时处理，信息处理;的概念;编程。

与机器视觉应用，应用程序需求定义了处理速率。例如，一个应用程序可能需要以每秒5张图像的速度检查图像，而另一个应用程序可能需要以每秒50张图像的速度检查图像。这两个示例检查都可以在实时环境中定义和处理，并将检查结果传递给主自动化控制器。

所选择的视觉解决方案的类型会影响实现实时能力的能力。

四种运行视觉检测软件的方法

运行现代视觉检测软件的一些常见方法包括:

1. 智能相机与板载处理器提供所需的处理
2. PC视觉:一个独立的多核CPU，在操作系统(如Microsoft Windows)中作为进程运行视觉算法
3. 视觉控制器:运行专有操作系统的独立硬件，为一个或多个远程摄像机提供图像处理
4. 一个先进的，多核能力的基于pc的自动化软件，处理实时机器控制以及实时视觉处理。

当在专用处理器上运行视觉检测代码时，完成检测所需的时间与处理器、处理速度、正在执行的代码和图像直接相关。需要它跑得更快吗?这些选择包括减少正在处理的图像数据、优化代码或获得更快的硬件。

传统的基于pc的视觉检测在独立的多核CPU上的Microsoft Windows中运行代码，其他因素也会发挥作用。使用多核的能力可以减少总体处理时间。但是，其他Microsoft Windows进程也可以访问这些核心，以及这些进程之间共享核心的Windows管理，可能会导致完全执行视觉检查代码所需时间的波动。这在完成检查所需的处理时间中产生了额外的未知或变化。硬件的选择往往是超额交付的，从而增加了成本，这不仅是由处理器增加的，而且还由诸如更大的外壳、额外的运行功率和外壳内部需要通过冷却措施处理的额外热量等因素增加。

智能摄像机、PC视觉和视觉控制器系统的另一个要求是，当检测结果确定后，这些结果还必须传达给主机控制器。这些结果可以是简单的通过/失败数据，也可以是包含大量数据的图像。将数据传输到机器控制器所需要的时间也是重要的，也必须加以考虑。

实时PC机为机器视觉，机器控制模块

一种更新的方法是在一个先进的、基于实时pc的自动化平台及其配套软件的隔离核心上处理视觉检测数据。在这种类型的平台上，可以在一个强大的硬件上运行许多分隔的机器控制模块，包括视觉检测。基于pc的软件平台为模块化软件元素的实时调用提供了一个框架。

通过模块化实时环境中的组件，多个PLC、c++或视觉检测模块可以在一块硬件上独立执行。基于pc的自动化还提供了将处理器核心与系统隔离的能力。

例如，将一个或多个这些隔离的核心用于视觉处理，可以防止其他进程影响完成视觉检查所需的时间。在同一平台上运行的其他进程或模块不会导致计时结果的变化。另一个好处是检查结果(包括图像)可以立即提供给在同一自动化软件平台上并发运行的主机自动化应用程序。

使用先进的、实时的基于pc的自动化软件平台的实际好处是相当大的。与机器视觉与机器控制平台分离时相比，这包括更高的实时吞吐量和系统可用性。这不仅仅是处理机器视觉的不同方式;这是一个重大的现代化，可以提升整个机器和流程的性能。

集成机器视觉优化自动化组件组装

位于德国Herzogenrath的Aixemtec GmbH为光电系统的精密装配开发自动化解决方案。各种应用领域的装配解决方案基于一个全面的模块化平台。到目前为止，视觉、人机界面(HMI)、顺序控制和机器控制都使用了多台pc。现在基于pc的实时自动化软件平台可以完成这些任务。在软件方面，使用了视觉、可编程逻辑控制器(plc)、运动控制、安全和HMI模块。

过程链的某些准备工作是在实时环境之外的专门开发的高级语言程序中进行的。在这里，基于PC的控制系统允许软件模块和特定于用户的程序无缝集成在同一台工业PC上。该自动化软件还支持在具有通用通信接口的其他软件系统之间进行必要的通信。

托德•车夫视觉产品经理，Beckhoff自动化由克里斯·瓦夫拉编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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