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    導語 機器視覺在自動化測量系統中的應用日益普及。 其原因是越來越多的信息需要從相機中提取,而不是從一個專用傳感器中提取。 相機可以用于提取溫度信息、測量尺寸,并檢查對象存在與否,同時也提供了許多其它有用的信息。 這使其廣泛應用于質量檢測、機械控制和機器人引導等應用中,所有這些應用在選擇控制硬件和軟件時都有獨特的需求和挑戰。 本文概述了其中一些考量因素來幫助您選擇最適合您機器視覺系統的控制器。
     

    機器視覺在自動化測量系統的控制器選擇

     


            1. 什么是視覺系統?

            視覺系統由一個或多個用于圖像采集的相機以及一個用于運行采集和分析軟件的控制器組成。 這些系統可以有多種組成結構,但最常見的是智能相機,在智能相機中,相機和控制器集成到一個裝置中,相機通過幀接收器或以太網、USB等其他連接端口連接到臺式計算機或工業PC,甚至相機可直接連接到可編程邏輯控制器(PLC)等工業控制設備,由控制器管理圖像采集以及片I/O和測量設備。

            您可以使用這些系統來解決類似的應用,但每個系統的功能各不相同,使之更適合于某些使用場景。 選擇最適合您應用的控制器時,需要考慮您的需求并將這些需求匹配到最適合任務需求的控制器。 雖然最明顯的考量因素是控制器的處理能力,但其他因素也對控制器的選擇影響甚大,比如所支持的相機、I/O功能和與現有基礎設施集成的能力。

            2. 處理能力

            強大的處理能力可以直接影響可運行的算法以及視覺系統做出決策的速度。 單相機條碼檢測系統所需的處理能力顯然比多相機立體視覺系統要低得多。 此外,I/O或閉環運動控制等機器視覺系統需要更高的處理能力來確保視覺組件以及I/O和運動控制組件可以穩定地運行。 為了減少圖像處理時間,一些廠商現在使用同構處理來運行視覺算法。 同構處理方法使用CPU和GPU、FPGA或DSP的組合來處理圖像,速度比單獨使用其中某個組件要快得多。 同構處理減少了圖像處理所需的時間,甚至可以允許圖像用作為閉環控制算法的輸入。 在選擇視覺系統所需的控制器之前,充分理解要使用的算法以及系統運行這些算法所需的時間是很重要的。

            3. 支持的相機

            圖像采集所使用的相機數量和通信總線類型也會影響控制器的選擇。 在您選擇了應用所需的相機后,請確保控制器能夠支持相機所使用的通信總線。 機器視覺應用中兩個常用的工業標準總線是USB3 Vision和GigE Visio。 這些標準可允許控制器使用標準USB 3.0或以太網端口來連接相機,這兩種端口常見于消費和工業計算機上。 兩種標準可以通過集線器或交換機來將多臺相機連接至一個端口。 這是在系統中添加更多相機的一種可行方法,但請記住,連接到集線器的每個相機都會與同一個集線器的其他相機共享帶寬。 此外,大多數消費級交換機并不支持以太網供電(PoE) 等特定功能。 如果您打算使用這些功能,或者您的系統沒有足夠的帶寬來讓多個相機共享,則可能要選擇一個具有多個獨立控制端口的控制器,使得每個相機都能夠獲得完整的帶寬。

            4. I/O功能

            大多數機器視覺系統需要一些基本的數字I/O來觸發相機或讀取編碼器。 一個例子是視覺系統使用安裝在傳送帶上方的相機來檢測所傳送的零件。 這其中的難點在于如何讓相機在零件移動到相機正下方時拍攝圖像,除非系統可以跟蹤輸送帶的位置。 這個問題的一種常見解決方法是使用編碼器來讀取傳送帶的位置并以與傳送機上放置零件的時間間隔來觸發相機。 如果零件在傳送機上的間隔不均勻,則可使用接近式傳感器來觸發相機。

            有些機器視覺系統可能需要更高級的I/O功能。 在一些材料分析應用中,通常需要將圖像與測量數據同步,以便圖像中的事件可以與測量數據相關聯。 設想一個使用相機和應變計來測量施加外力時復合材料的彎曲程度和負載的應用。 這些同步的數據可以用來了解材料在外力作用下的行為,甚至可以測量出材料的斷裂點。 這種級別的同步需要圖像采集和I/O之間能夠緊密集成,使得測量數據可以精確地進行時間標記或者相機和測量設備之間能夠共享同一個時鐘。 選擇控制器之前需要了解您的I/O和同步需求。 對于觸發或非同步測量等基本I/O需求,可以選擇具有集成式或網絡分布式I/O的控制器。對于更復雜的I/O需求,可選擇具有集成式I/O或通過EtherCAT等確定性通信協議連接I/O設備的控制器。

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