圖像處理功能完全集成在控制系統中

到目前為止，工業(yè)圖像處理通常與傳統控制技術(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 或智能相機上實(shí)現。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大的人力物力，而且它們幾乎不可能與傳統的工業(yè)控制系統同步。這一切促使倍福決定走一條完全不同的路，將機器視覺(jué)完全集成在其開(kāi)發(fā)環(huán)境和運行時(shí)系統中。

集成有圖像處理功能的倍福方案再次將系統智能整合在性能強大的工業(yè)PC中。這表示價(jià)格便宜的非智能相機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 的計算能力。與依賴(lài)于智能相機的解決方案不同，這一設置不僅允許通過(guò) HMI 直接、完整地顯示圖像數據和中間結果，還可以存儲圖像，進(jìn)行更全面的分析。

高效開(kāi)發(fā)圖像處理項目

將 PLC、C++、運動(dòng)控制、安全以及現在的機器視覺(jué)等各種機器功能整合到同一個(gè)控制平臺中的 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(zhù)自動(dòng)化工程師可以在編程標準軟件應用程序時(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被廣泛接受；另一個(gè)好處是，它允許直接訪(fǎng)問(wèn)源代碼控制、數據庫和測試工具接口。此外，可以直接在 IDE 中配置 TwinCAT 所支持的各種現場(chǎng)總線(xiàn)：通過(guò) TwinSAFE，還可以配置和編寫(xiě)與安全相關(guān)的應用程序。它也支持使用 NC PTP 實(shí)現運動(dòng)控制，以及配置和編寫(xiě) CNC 應用程序。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(hù)界面進(jìn)行配置和編程，但有了 TwinCAT Vision 后，配置、校準和編程都可以在 Visual Studio中完成，無(wú)需學(xué)習其它工具或專(zhuān)用的編程語(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)現拍攝畫(huà)面及結果的實(shí)時(shí)顯示。

用戶(hù)可以在 Visual Studio中輕松將相機配置為 I/O 節點(diǎn)，它支持所有使用 GigE Vision 協(xié)議并符合GenIcam配置標準的相機；該標準還使得系統能夠輕松地集成專(zhuān)業(yè)相機。用戶(hù)只需要簡(jiǎn)單掃描一下，即可實(shí)現所有相機連接至工業(yè) PC，并且可以從分配給相機的相關(guān)GenIcam描述文件中檢索每臺相機的配置參數。因此無(wú)需手動(dòng)分配 IP 地址或創(chuàng )建大量參數列表。片刻之后，相機運行準備就緒，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，還是之后的現場(chǎng)操作期間，所有參數都可以使用 PLC 功能塊實(shí)現參數配置修改。

如果要在圖像處理期間進(jìn)行測量，則校準相機時(shí)需要將像素大小轉換為公制尺寸?？梢允褂贸Ｓ玫钠灞P(pán)校準板或點(diǎn)陣校準板對相機進(jìn)行校準；它也支持 3D 校準模式。只需簡(jiǎn)單幾個(gè)圖像就足以滿(mǎn)足校準要求，這是很重要的優(yōu)點(diǎn)：這樣可以簡(jiǎn)化維護時(shí)更換相機和/或鏡頭的操作，從而降低成本。

針對視覺(jué)應用中高精度照明控制的 LED 驅動(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中

具備視覺(jué)專(zhuān)業(yè)知識的 PLC 編程人員

設置并校準好相機后，用戶(hù)就可以開(kāi)始視覺(jué)項目編程。由于視覺(jué)解決方案與標準控制技術(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)，因為機器視覺(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動(dòng)控制、安全技術(shù)、測量技術(shù)等功能一樣，逐漸成為標準自動(dòng)化系統功能。

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)濾圖像數據、檢測和識別對象以及測量圖像中的對象所需的功能和功能塊的功能庫。特別是包裝行業(yè)所要求的條形碼、二維碼識別能力，而現有的視覺(jué)功能庫中也已經(jīng)包括處理這些任務(wù)的功能。

在將圖像傳輸到工業(yè) PC 前，首先必須通過(guò)觸發(fā)相機來(lái)捕獲圖像。在大多數情況下，相機以數字方式觸發(fā) — 例如，通過(guò)支持分布式時(shí)鐘功能且同步精度達到微秒級的 EtherCAT 輸出端子模塊。一旦捕獲到的圖像被存儲在工業(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行。目前，TwinCAT Vision 有 500 多種此類(lèi)算法可用，用戶(hù)可以根據需要通過(guò)在線(xiàn)更改參數和/或代碼將這些算法集成到 PLC 中，而無(wú)需在調試C++ 視覺(jué)項目前，事先停止使用 PLC。與基于 C ++ 的傳統解決方案相比，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)系統中執行，其主要優(yōu)點(diǎn)是視覺(jué)算法可以在與 PLC、運動(dòng)控制和測量應用相同的周期時(shí)間內運行，或與其他任務(wù)同步運行。因此，不需要協(xié)調非實(shí)時(shí)應用和實(shí)時(shí) PLC、運動(dòng)控制或測量過(guò)程之間的通信，這樣可以避免出現通信延遲和抖動(dòng)之類(lèi)的常見(jiàn)相關(guān)問(wèn)題。

精確測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據的相同的方式，直接處理視覺(jué)算法返回的結果。例如，他們可以按照此方法編寫(xiě)指令：“如果檢測到的圖像中的對象為圓形，將此數字量輸出設置為 TRUE?！本幊倘藛T還可以使用各種熟悉的 PLC 調試功能。這意味著(zhù)他們可以在處理任務(wù)期間隨時(shí)顯示圖像，就像在監視變量一樣。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)現快速且簡(jiǎn)單的測試算法。編程人員可以在線(xiàn)切換參數，然后直接觀(guān)察效果，例如，可以切換圖像中的ROI 感興趣區域。用戶(hù)能夠在線(xiàn)修改參數（PLC 編程中的常見(jiàn)做法）意味著(zhù)也可以在正在運行的 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行并可進(jìn)行優(yōu)化。

與其它外圍設備一樣，也可以使用 EtherCAT 和分布式時(shí)鐘同步機器視覺(jué)應用所使用的外部設備。比如，大多數相機都有數字觸發(fā)輸入。如果這是由 EtherCAT 端子模塊上的數字量輸出驅動(dòng)的，則捕獲到的圖像可以精確匹配傳送帶位置。同樣用戶(hù)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備進(jìn)行曝光計時(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)應用而開(kāi)發(fā)設計的。

實(shí)時(shí)同步運動(dòng)控制、機器人技術(shù)和視覺(jué)應用（在本用例中，圖像處理與 XTS 磁懸浮輸送系統相結合）可以大大提升設備設計和工藝順序設定效率

結論

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)內置圖像處理功能配置、編程和調試控制應用程序。通過(guò)實(shí)時(shí)集成視覺(jué)功能，TwinCAT Vision 可以實(shí)現 PLC、運動(dòng)控制和圖像處理應用的最高精度同步；如果與 EtherCAT 結合使用，可以實(shí)現相同的相機和照明計時(shí)精度?？梢詫⒉东@到的圖像數據合并到 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)設計和技術(shù)支持工作。

關(guān)于德國倍福

倍福（Beckhoff）公司總部位于德國威爾市。作為全球自動(dòng)化技術(shù)的驅動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)化領(lǐng)域的許多國際標準。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現場(chǎng)總線(xiàn)模塊、驅動(dòng)產(chǎn)品和TwinCAT自動(dòng)化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開(kāi)放式自動(dòng)化系統和完整的解決方案。倍福于1997年進(jìn)入中國市場(chǎng)，致力于幫助制造企業(yè)提升競爭優(yōu)勢，加速轉型升級。倍福在業(yè)內享有“創(chuàng )新引擎”的美譽(yù)，公司所倡導的PC控制技術(shù)具有良好的開(kāi)放性，將IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)完美融合，助力實(shí)現工業(yè) 4.0 和智能制造。憑借領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢和豐富的行業(yè)知識，倍福的創(chuàng )新產(chǎn)品和解決方案廣泛應用于風(fēng)力發(fā)電、半導體、光伏太陽(yáng)能、電子制造、金屬加工、包裝機械、物流輸送以及樓宇自控等眾多領(lǐng)域。

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