机器视觉系统已经从高级传感器发展到集成在控制器中的检测系统。选择合适的基于PC的自动化平台可以使它们变得更好。

　　多年来，全球半导体芯片制造企业一直在提倡硬件整合的概念，而集成机器视觉和基于PC的控制是其中的一个机遇。

　　功率和性能不断提高的CPU可以加载以前由独立设备处理的复杂计算功能。机器视觉技术也不例外，随着它的不断发展，工程师们更清楚地看到了令人兴奋的新功能。

　　凭借更高的分辨率和更快的图像处理能力，视觉系统已经超越了高级传感器的作用，成为一个完整的、集成的检测解决方案。合适的照明和透镜仍然决定着图像质量，但其它领域正在取得重要进展。

　　将机器视觉集成到机器的主控制器中，即使在最复杂、高速应用的情况下，机器视觉技术也能够满足要求，同时还可以减少单独的硬件。这种方法确保了从触发图像到对结果进行操作的所有事项都在机器控制的实时代码中执行。利用机器主控制器中的图像处理，与现场总线更新、轴位置和其它代码变量紧密同步，提供了与机器、触发器和照明的紧密同步，并能够立即对视觉结果采取行动。

　　01  实时功能与机器视觉应用

　　在自动化和控制中，实时性由自动化控制器定义，该控制器运行所有必需的代码，并以统一的已知速率更新输入/输出（I/O）设备。例如，运动控制器以预先定义的速率或频率更新轴的位置。实时还意味着，实时调度不受实时环境之外的任务（如操作系统或其它非实时软件）的影响。这种一致的、已知的控制器更新率，就是DIN 44300标准“信息处理”中定义的实时处理。

　　对于不同的机器视觉应用，处理速度的设置也因需求而异。例如，一个应用可能要求以每秒5幅图像的速率检查图像，而另一个应用可能要求以每秒50幅图像的速率检查图像。这两个案例都可以在实时环境中定义和处理检查，并将检查结果发送给主自动化控制器。所选解决方案的类型会影响实现实时功能的能力。

　　02  运行视觉检测软件的4种方法

　　运行现代视觉检测软件的一些常见方法包括：

　　■配备板载处理器的智能摄像头，以提供所需的处理能力；

　　■PC视觉：一个独立的多核CPU，在操作系统（如微软视窗操作系统）中以某个进程运行视觉算法；

　　■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头提供图像处理；

　　■先进的、具有多核能力的、基于PC的自动化软件，可处理实时机器控制和实时视觉处理。

　　在专用处理器上运行视觉检查代码时，完成检查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。需要它运行得更快吗？这些选择可以减少正在处理的图像数据、优化代码或获得更快的硬件。

　　在独立的多核CPU上运行的Microsoft Windows操作系统中，传统的基于PC的视觉检测代码在运行时，其它因素也在起作用。使用多核可以减少总体处理时间，但是，其它进程也可以访问这些核，管理进程之间的共享核心，可能会导致完全执行视觉检查代码所需时间的波动。这会导致检查所需的处理时间出现不确定的因素。选择的硬件通常会超过实际需求，但这会增加成本，除了处理器还有一些其它因素，如更大的机柜、额外的运行电源以及机柜内需要冷却措施来处理额外热量。

　　智能相机、PC视觉和视觉控制器系统的另一个要求是，在确定检查结果时，还必须将这些结果传达给主机控制器。这些结果可以是简单的通过/失败，也可以是由大量数据组成的图像。将此数据传输到机器控制器所需的时间，可能会产生影响，因此也必须予以考虑。

　　03  用于机器视觉和机器控制模块的实时PC

　　一个新的方法是在一个先进的、基于PC的实时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。在这类平台上，可以在一个功能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的软件平台为实时调用模块化软件提供了一个框架。

　　通过在此实时环境中对组件进行模块化，可以在一个硬件上独立执行多个PLC、C++或视觉检测模块。基于PC的自动化还提供了将处理器内核与系统隔离的能力。

　　例如，将一个或多个隔离核专用于视觉处理，可以防止其它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它进程或模块，不会导致计时结果发生变化。另一个好处是，检查结果（包括图像），可立即用于在同一自动化软件平台上并行运行的主要机器自动化应用。

　　使用先进的基于PC的实时自动化软件平台，可以带来可观的实际好处。这包括比机器视觉与机器控制平台彼此分离时，更高的实时吞吐量和系统可用性。这不仅仅是一种不同的处理机器视觉的方式，也有助于提高整个机器和过程的性能。

　　04  集成机器视觉优化自动化组件装配

　　总部位于德国的Aixemtec GmbH公司，致力于为光电系统的精密装配开发自动化解决方案。各种应用领域的组装解决方案，都基于一个全面的模块化平台。过去，需要采用多台PC实现视觉、人机界面（HMI）、顺序控制和机器控制功能。现在，一个基于PC的实时自动化软件平台就可以完成这些任务。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。

　　过程的某些准备工作，是在实时环境之外的一个专门开发的高级语言程序中进行的。基于PC的控制系统，允许在同一台工业PC上无缝集成软件模块和用户定制程序。自动化软件还利用通用通信接口，支持与其它软件系统之间的必要通信。

　　关键概念：

　　■ 机器视觉系统已经超越了高级传感器的作用，成为一个完整的集成检测解决方案。

　　■ 基于PC的自动化可以提高实时吞吐量、系统可用性和机器视觉。

　　思考一下：

　　通过机器视觉和基于PC的自动化如何改进贵司的设备？