机器视觉 运控控制自动化产线升级的利器

视觉应用问题的三大方面

但就实际应用而言,目前机器视觉+运动控制解决方案的实施过程中,各种“门槛”仍然很高。 问题主要来自三个方面:首先,对于大多数技术开发工程师来说,机器视觉技术是一个全新的领域。 学习一门新的编程语言(如C++)是很困难的,需要花费大量的时间和精力。 此外,视觉项目通常是非标准的。 开发人员的经验非常重要。 一般来说,电气工程师快速掌握机器视觉应用的编程和调试并不容易。

其次,对于装备制造商来说,为了提高工厂生产效率,迫切需要对制造生产线进行升级改造。 机器视觉的应用已成为焦点。 然而,机器视觉的硬件投资成本一直居高不下,这使得他们除了硬件投资之外,往往还需要聘请高薪的视觉工程师来对购买的视觉系统进行后期的开发和维护,这无疑增加了机器视觉的成本。工厂的劳动力成本。 他们的主要诉求是如何有效控制投资成本,比如在现有设备系统中添加机器视觉功能是否经济、便捷。

另外,对于最终用户来说,在使用机器视觉技术时,会发现机器视觉和自动化控制(过程控制、过程控制等)往往属于两个不同的系统,两者之间往往可能存在差异。 由于通信等各种因素,导致整个系统不稳定(如停机、停线等)。 尤其是在当前多品种、小批量、柔性生产模式下,频繁更换生产线,增加了机器视觉系统流程的修改和调试时间,极大影响工厂产能。 因此,如何让设备在生产中更加稳定,同时操作也更加方便,能够满足生产线快速调整和切换的需要,这是机器视觉的一个课题技术开发。

机器视觉与运动控制的无缝集成

一般来说,机器视觉+运动控制应用的硬件架构大多采用控制器,外部连接视觉系统以及生产线各部分的工业智能相机和光源。 视觉信号通过电缆和串口传输到计算机。 在控制器中。 在内部软件框架中,以常见的计算机视觉为例,视觉程序一般位于Windows系统的非实时用户模式下进行代码分析和算法处理; 而PLC过程流程控制大多位于实时内核模式。 由于非实时用户态的任务执行机制采用优先级,当CPU负载过高、内存过大、处理进程过多时,可能会出现滞后现象,使得机器处于非实时状态。 -实时用户模式视觉完成同一个检测任务所需的时间不同,从而减慢了生产周期,影响生产效率。

为了解决这一问题,针对机器视觉应用,倍福开发的TwinCAT Vision机器视觉解决方案将视觉技术集成在其TwinCAT统一通用控制技术平台上,其中增加了图像处理功能,将PLC、运动TwinCAT软件、控制、机器人、高端测量技术、物联网和HMI的通用控制平台,利用这个统一的软件平台完成工厂内的所有控制任务。

与传统的视觉应用相比,Beckhoff TwinCATV ision 也是在控制器上。 除了集成运动控制、I/O控制和PLC控制外,外部工业相机还直接连接到控制器中的机器视觉模块。 在内部软件架构方面,TwinCAT Vision将采集到的图像信号通过GigE相机驱动程序以实时内核模式传输到PLC机器视觉和过程控制系统,并以“时间片”的方式进行精确运算,匹配图像所有与处理相关的控制功能都在运行时系统中实时精确同步,从而消除了延迟并实时执行图像处理算法。 该方案的优点是一个控制器即可完成所有控制任务,降低硬件成本,简化系统; 实时系统运行可视化任务,保证每次执行的响应时间足够稳定,加快生产节拍,提高工厂生产力; 任务内存用户之间共享数据,多任务协作(如视觉+运动控制、机械臂/人等)更加高效便捷; 在Beckhoff TwinCAT平台上,只需基于IEC的编程语言(ST/LD等)PLC编程技能和习惯即可缩短开发周期并降低人力成本。 同时,Beckhoff的集成视觉功能块可用于代码开发,为技术人员带来便利。

底层芯片技术和算法库是核心

工业生产对机器视觉的计算速度和精度有很高的要求,需要强大的底层技术支撑,如CPU中央处理器芯片的性能、FPGA器件并行处理多级流水线的特点、专业视觉等。算法库等,提高机器视觉系统的数据吞吐量和数据处理能力。

今年5月,无锡新捷携手英特尔,发布了基于英特尔的全新物联网工业控制器、智能摄像头等多款重磅产品。 信捷V200|V300系列物联网工业控制器基于Intel 14nm Apollo Lake&Kaby Lake平台,拥有强大的计算性能和优化的图像处理能力,并提供多种配置选择。 S200系列智能相机基于Intel Apollo Lake平台,采用IA+FPGA架构,集成图像采集、图像处理和外部通信,支持130万至1200万像素。 与传统解决方案相比,S200系列智能相机在满载时最高表面温度低于50℃,为智能制造提供了安全保障。 另外,全新的X-SIGHT VISIONSTUDIO软件平台拥有2000多个处理算子,包括常用的检测、定位、标定、通讯、字符码读取等,无需编写代码,拖放组件即可完成开发,支持多线程Task处理,提供丰富的HMI交互模块。 据悉,除了本次大会推出的产品和解决方案外,新杰与英特尔还将在喷涂、抛光、人工智能识别、分选等工业制造领域开展全方位的合作与交流。

基于FPGA器件开发机器视觉可以通过编程方便地修改其内部逻辑功能,从而实现高速硬件计算和并行计算。 对于高性能嵌入式视觉系统来说,它是一个相对方便的解决方案。 功耗也较低,这是未来计算机视觉系统的重要发展方向。

在视觉软件方面,Vision Pro是康耐视公司开发的一款优秀的基于计算机的视觉软件。 结合起来,帮助制造商缩短开发周期时间。 借助 VisionPro,用户可以访问强大的图案匹配、点、卡尺、线位置、图像过滤、OCR 和 OCV 视觉工具库,以及一维和二维条码读取,以执行检查、识别和测量等功能。 ,VisionPro软件可以与各种.NET类库和用户控件完全集成。 此外,通过API连接专为工业图像分析而设计的深度学习软件VisionPro ViDi,可针对复杂检测、元件定位、分类、光学字符识别等应用场景进一步优化。

一体化机器视觉集成解决方案

针对现有生产流程中视觉应用的“痛点”,从与机器控制紧密结合的软硬件一体化方案出发,贝加莱推出的集镜头、工业相机、软件于一体的一体化视觉系统,是解决现有生产过程中视觉应用的又一方法。意识到。

这种硬件和软件相结合的一体化集成视觉系统解决了视觉检测应用中的同步问题,首先是照明和成像的同步。 对于视觉来说,良好的照明设计构成了视觉应用成功的70%的分量。 集成由于同一控制器的控制,智能视觉解决方案使LED照明强度、频闪和相机对焦、曝光、成像过程以非常高的速度同步,从而保证成像质量; 同步集成视觉解决方案可实现视觉应用、机器技术和控制的无缝集成。 同时,与贝加莱自有的控制、运动控制和I/O模块一起,在POWERLINK架构下实现了100μS级的同步,使得整个系统能够实现更高的精度和速度。

另一方面,这种视觉集成解决方案对于现场集成应用的开发人员来说非常方便。 他不再需要了解各种镜头、相机、控制器、灯光和通信接口的知识,只需使用一种产品即可构建。 各种视觉应用缩短了项目开发周期,大大降低了工程时间和成本。 使用贝加莱的mapp技术框架提供的现成软件组件,可以轻松创建机器视觉应用程序,从而减少编程量。 只需点击几下,智能相机捕获的图像即可集成到mapp View HMI应用程序中。 相机和照明参数以及触发条件可以随时更改,使得产品转换和其他运行时调整非常容易实现。

事实上,在各种复杂的工业生产场景中,照明光源尤为重要。 它直接关系到采集图像的质量,如图像轮廓是否清晰、成像特征是否完美体现等。为此,贝加莱集成视觉系统还提供了非常灵活的光源照明管理功能,包括背光和灯带模块化设计,可电动旋转-40°至+90°,内置闪光灯控制器,支持多种颜色,高功率,快速响应,可根据现场应用进行配置,并且曝光时间长度、角度、颜色等可以实时修改。 这些功能使机器视觉应用更加灵活、舒适。

结论

机器视觉与运动控制的结合,为工业自动化生产线的升级带来了新的活力。 它也越来越多地应用于非接触式检测和测量场景,以提高加工精度、发现产品缺陷并进行检查。 自动分析与决策由此成为先进制造的重要组成部分。 目前,机器视觉技术在工业自动化行业的应用虽然涉及光学、电子、机械、工业软件等多个不同学科,但技术难度仍然较高,部分特定领域的市场进入壁垒也较高。高的。 ; 但显而易见的是,机器视觉与运动控制技术的结合促进了工厂生产线自动化水平、产品质量控制、劳动力成本结构等的优化,从而提升企业的整体竞争力。 未来,融合边缘计算、深度学习等AI技术的机器视觉系统将真正为机器植入“眼睛和大脑”,为工业4.0时代做好准备。