TwinCAT Vision：在 PLC 環(huán)境中編寫(xiě)機(jī)器視覺(jué)實(shí)時(shí)解決方案
   圖像處理功能完全集成在控制系統(tǒng)中
   到目前為止，工業(yè)圖像處理通常與傳統(tǒng)控制技術(shù)還是分開(kāi)的。它主要由專(zhuān)業(yè)工程師使用專(zhuān)用的工具和編程語(yǔ)言在專(zhuān)用的 PC 或智能相機(jī)上實(shí)現(xiàn)。但是以這種方式生成的圖像處理解決方案不僅在工程和技術(shù)支持方面需要投入相當(dāng)大的人力物力，而且它們幾乎不可能與傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)同步。這一切促使倍福決定走一條完全不同的路，將機(jī)器視覺(jué)完全集成在其開(kāi)發(fā)環(huán)境和運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中。
   集成有圖像處理功能的倍福方案再次將系統(tǒng)智能整合在性能強(qiáng)大的工業(yè) PC 中。這表示價(jià)格便宜的非智能相機(jī)也可用于捕獲本地圖像。此外，將視覺(jué)功能整合到控制 PC 上運(yùn)行的軟件中可以帶來(lái)極大的靈活性，唯一的限制因素是工業(yè) PC 的計(jì)算能力。與依賴于智能相機(jī)的解決方案不同，這一設(shè)置不僅允許通過(guò) HMI 直接、完整地顯示圖像數(shù)據(jù)和中間結(jié)果，還可以存儲(chǔ)圖像，進(jìn)行更全面的分析。
   高效開(kāi)發(fā)圖像處理項(xiàng)目
   將 PLC、C++、運(yùn)動(dòng)控制、安全以及現(xiàn)在的機(jī)器視覺(jué)等各種機(jī)器功能整合到同一個(gè)控制平臺(tái)中的 TwinCAT 3 自動(dòng)化軟件是在微軟的 Visual Studio®中開(kāi)發(fā)而成。這意味著自動(dòng)化工程師可以在編程標(biāo)準(zhǔn)軟件應(yīng)用程序時(shí)常用的相同集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）中工作。
   這樣做的好處之一是，這一開(kāi)發(fā)環(huán)境已在全世界范圍內(nèi)被廣泛接受；另一個(gè)好處是，它允許直接訪問(wèn)源代碼控制、數(shù)據(jù)庫(kù)和測(cè)試工具接口。此外，可以直接在 IDE 中配置 TwinCAT 所支持的各種現(xiàn)場(chǎng)總線：通過(guò) TwinSAFE，還可以配置和編寫(xiě)與安全相關(guān)的應(yīng)用程序。它也支持使用 NC PTP 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，以及配置和編寫(xiě) CNC 應(yīng)用程序。因此，整合圖像處理功能是合乎邏輯的下一個(gè)步驟。市面上的其它解決方案通常都需要使用自己的用戶界面進(jìn)行配置和編程，但有了 TwinCAT Vision 后，配置、校準(zhǔn)和編程都可以在 Visual Studio®中完成，無(wú)需學(xué)習(xí)其它工具或?qū)Ｓ玫木幊陶Z(yǔ)言。此外，TwinCAT Vision 還可以順利將開(kāi)發(fā)環(huán)境與基于 HTML5 的TwinCAT HMI 集成在一起，實(shí)現(xiàn)拍攝畫(huà)面及結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示。
   用戶可以在 Visual Studio®中輕松將相機(jī)配置為 I/O 節(jié)點(diǎn)，它支持所有使用 GigE Vision 協(xié)議并符合GenIcam配置標(biāo)準(zhǔn)的相機(jī)；該標(biāo)準(zhǔn)還使得系統(tǒng)能夠輕松地集成專(zhuān)業(yè)相機(jī)。用戶只需要簡(jiǎn)單掃描一下，即可實(shí)現(xiàn)所有相機(jī)連接至工業(yè) PC，并且可以從分配給相機(jī)的相關(guān)GenIcam描述文件中檢索每臺(tái)相機(jī)的配置參數(shù)。因此無(wú)需手動(dòng)分配 IP 地址或創(chuàng)建大量參數(shù)列表。片刻之后，相機(jī)運(yùn)行準(zhǔn)備就緒，可以在 Visual Studio®中顯示捕獲到的實(shí)時(shí)圖像。無(wú)論是在開(kāi)發(fā)階段，還是之后的現(xiàn)場(chǎng)操作期間，所有參數(shù)都可以使用 PLC 功能塊實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置修改。
   如果要在圖像處理期間進(jìn)行測(cè)量，則校準(zhǔn)相機(jī)時(shí)需要將像素大小轉(zhuǎn)換為公制尺寸。可以使用常用的棋盤(pán)校準(zhǔn)板或點(diǎn)陣校準(zhǔn)板對(duì)相機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)；它也支持 3D 校準(zhǔn)模式。只需簡(jiǎn)單幾個(gè)圖像就足以滿足校準(zhǔn)要求，這是很重要的優(yōu)點(diǎn)：這樣可以簡(jiǎn)化維護(hù)時(shí)更換相機(jī)和/或鏡頭的操作，從而降低成本。

   針對(duì)視覺(jué)應(yīng)用中高精度照明控制的 LED 驅(qū)動(dòng)端子模塊 EL2596 是倍福開(kāi)發(fā)的第一款專(zhuān)用硬件產(chǎn)品，旨在支持將圖像處理功能集成到控制系統(tǒng)中
   具備視覺(jué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的 PLC 編程人員
設(shè)置并校準(zhǔn)好相機(jī)后，用戶就可以開(kāi)始視覺(jué)項(xiàng)目編程。由于視覺(jué)解決方案與標(biāo)準(zhǔn)控制技術(shù)集成在一起，因此可以使用大家所熟悉的 PLC 編程語(yǔ)言來(lái)執(zhí)行。實(shí)際上，也可以使用 C/C++ 和 MATLAB®/Simulink®。展望未來(lái)，這樣將讓 PLC 編程人員能夠編寫(xiě)圖像處理代碼以及其它編程任務(wù)，因?yàn)闄C(jī)器視覺(jué)專(zhuān)家和專(zhuān)業(yè)編程語(yǔ)言不再是必不可少的。同時(shí)，圖像處理將與近年來(lái)已經(jīng)整合到控制軟件中的運(yùn)動(dòng)控制、安全技術(shù)、測(cè)量技術(shù)等功能一樣，逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)功能。
   在 PLC 中編寫(xiě)視覺(jué)程序時(shí)，只需要添加一個(gè)包含捕獲圖像、渲染和過(guò)濾圖像數(shù)據(jù)、檢測(cè)和識(shí)別對(duì)象以及測(cè)量圖像中的對(duì)象所需的功能和功能塊的功能庫(kù)。特別是包裝行業(yè)所要求的條形碼、二維碼識(shí)別能力，而現(xiàn)有的視覺(jué)功能庫(kù)中也已經(jīng)包括處理這些任務(wù)的功能。
   在將圖像傳輸?shù)焦�業(yè) PC 前，首先必須通過(guò)觸發(fā)相機(jī)來(lái)捕獲圖像。在大多數(shù)情況下，相機(jī)以數(shù)字方式觸發(fā) — 例如，通過(guò)支持分布式時(shí)鐘功能且同步精度達(dá)到微秒級(jí)的 EtherCAT 輸出端子模塊。一旦捕獲到的圖像被存儲(chǔ)在工業(yè) PC 上后，就開(kāi)始啟用濾波算法。在檢查濾鏡是否正常工作時(shí)，可以將每個(gè)中間步驟都視為 Visual Studio®或 HMI 中的圖像。
   主要的查找和分析算法可以在渲染完原始圖像后運(yùn)行。目前，TwinCAT Vision 有 500 多種此類(lèi)算法可用，用戶可以根據(jù)需要通過(guò)在線更改參數(shù)和/或代碼將這些算法集成到 PLC 中，而無(wú)需在調(diào)試C++ 視覺(jué)項(xiàng)目前，事先停止使用 PLC。與基于 C ++ 的傳統(tǒng)解決方案相比，這是一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。
   最大同步精度
   圖像處理算法在TwinCAT實(shí)時(shí)系統(tǒng)中執(zhí)行，其主要優(yōu)點(diǎn)是視覺(jué)算法可以在與 PLC、運(yùn)動(dòng)控制和測(cè)量應(yīng)用相同的周期時(shí)間內(nèi)運(yùn)行，或與其他任務(wù)同步運(yùn)行。因此，不需要協(xié)調(diào)非實(shí)時(shí)應(yīng)用和實(shí)時(shí) PLC、運(yùn)動(dòng)控制或測(cè)量過(guò)程之間的通信，這樣可以避免出現(xiàn)通信延遲和抖動(dòng)之類(lèi)的常見(jiàn)相關(guān)問(wèn)題。

   精確測(cè)量鉆孔的能力只是眾多用例中的一個(gè)，其中集成的、精確同步的視覺(jué)解決方案可以提高制造過(guò)程中的質(zhì)量和生產(chǎn)效率
   將圖像處理集成在 PLC 中還有一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)：PLC 編程人員可以使用與處理普通傳感器數(shù)據(jù)的相同的方式，直接處理視覺(jué)算法返回的結(jié)果。例如，他們可以按照此方法編寫(xiě)指令：“如果檢測(cè)到的圖像中的對(duì)象為圓形，將此數(shù)字量輸出設(shè)置為 TRUE。”編程人員還可以使用各種熟悉的 PLC 調(diào)試功能。這意味著他們可以在處理任務(wù)期間隨時(shí)顯示圖像，就像在監(jiān)視變量一樣。如果圖像是分多個(gè)階段進(jìn)行處理，則可以在每個(gè)階段直接在 Visual Studio® 中查看。從而可以實(shí)現(xiàn)快速且簡(jiǎn)單的測(cè)試算法。編程人員可以在線切換參數(shù)，然后直接觀察效果，例如，可以切換圖像中的ROI 感興趣區(qū)域。用戶能夠在線修改參數(shù)（PLC 編程中的常見(jiàn)做法）意味著也可以在正在運(yùn)行的 PLC 上修改整個(gè)算法。這個(gè)功能讓圖像處理解決方案能夠快速投入運(yùn)行并可進(jìn)行優(yōu)化。
   與其它外圍設(shè)備一樣，也可以使用 EtherCAT 和分布式時(shí)鐘同步機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用所使用的外部設(shè)備。比如，大多數(shù)相機(jī)都有數(shù)字觸發(fā)輸入。如果這是由 EtherCAT 端子模塊上的數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)的，則捕獲到的圖像可以精確匹配傳送帶位置。同樣用戶也可以基于倍福XFC 模塊出色的輸入輸出精度，非常精確地給照明設(shè)備進(jìn)行曝光計(jì)時(shí)并進(jìn)行控制。新推出的用于控制 LED 燈的 EtherCAT 端子模塊 EL2596 便是專(zhuān)為此類(lèi)應(yīng)用而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。

   實(shí)時(shí)同步運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人技術(shù)和視覺(jué)應(yīng)用（在本用例中，圖像處理與 XTS 磁懸浮輸送系統(tǒng)相結(jié)合）可以大大提升設(shè)備設(shè)計(jì)和工藝順序設(shè)定效率
   結(jié)論
TwinCAT Vision 作為第一個(gè)完全集成圖像處理技術(shù)的自動(dòng)化解決方案，它無(wú)論是在配置和編程層面，還是在實(shí)時(shí)操作中，都開(kāi)辟了一片新天地。它讓 PLC 編程人員能夠在熟悉的環(huán)境中使用通用的 PLC 編程語(yǔ)言，通過(guò)內(nèi)置圖像處理功能配置、編程和調(diào)試控制應(yīng)用程序。通過(guò)實(shí)時(shí)集成視覺(jué)功能，TwinCAT Vision 可以實(shí)現(xiàn) PLC、運(yùn)動(dòng)控制和圖像處理應(yīng)用的最高精度同步；如果與 EtherCAT 結(jié)合使用，可以實(shí)現(xiàn)相同的相機(jī)和照明計(jì)時(shí)精度。可以將捕獲到的圖像數(shù)據(jù)合并到 HMI 中或隨時(shí)進(jìn)行保存。該解決方案也簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和技術(shù)支持工作。
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