機器視覺在自動化測量系統(tǒng)的控制器選擇

機器視覺在自動化測量系統(tǒng)中的應(yīng)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(yīng)用于質(zhì)量檢測、機械控制和機器人引導(dǎo)等應(yīng)用中，所有這些應(yīng)用在選擇控制硬件和軟件時都有獨特的需求和挑戰(zhàn)。 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(tǒng)的控制器。
 

視覺系統(tǒng)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(tǒng)可以有多種組成結(jié)構(gòu)，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(wǎng)、USB等其他連接端口連接到臺式計算機或工業(yè)PC，甚至相機可直接連接到可編程邏輯控制器(PLC)等工業(yè)控制設(shè)備，由控制器管理圖像采集以及片I/O和測量設(shè)備。

您可以使用這些系統(tǒng)來解決類似的應(yīng)用，但每個系統(tǒng)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(yīng)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(wù)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(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施集成的能力。

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(tǒng)做出決策的速度。 單相機條碼檢測系統(tǒng)所需的處理能力顯然比多相機立體視覺系統(tǒng)要低得多。 此外，I/O或閉環(huán)運動控制等機器視覺系統(tǒng)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(wěn)定地運行。 為了減少圖像處理時間，一些廠商現(xiàn)在使用同構(gòu)處理來運行視覺算法。 同構(gòu)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(gòu)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(huán)控制算法的輸入。 在選擇視覺系統(tǒng)所需的控制器之前，充分理解要使用的算法以及系統(tǒng)運行這些算法所需的時間是很重要的。

圖像采集所使用的相機數(shù)量和通信總線類型也會影響控制器的選擇。 在您選擇了應(yīng)用所需的相機后，請確?？刂破髂軌蛑С窒鄼C所使用的通信總線。 機器視覺應(yīng)用中兩個常用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線是USB3 Vision和GigE Visio。 這些標(biāo)準(zhǔn)可允許控制器使用標(biāo)準(zhǔn)USB 3.0或以太網(wǎng)端口來連接相機，這兩種端口常見于消費和工業(yè)計算機上。 兩種標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)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(shù)消費級交換機并不支持以太網(wǎng)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(tǒng)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。

大多數(shù)機器視覺系統(tǒng)需要一些基本的數(shù)字I/O來觸發(fā)相機或讀取編碼器。 一個例子是視覺系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(fā)相機。

有些機器視覺系統(tǒng)可能需要更高級的I/O功能。 在一些材料分析應(yīng)用中，通常需要將圖像與測量數(shù)據(jù)同步，以便圖像中的事件可以與測量數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。 設(shè)想一個使用相機和應(yīng)變計來測量施加外力時復(fù)合材料的彎曲程度和負(fù)載的應(yīng)用。 這些同步的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)可以精確地進(jìn)行時間標(biāo)記或者相機和測量設(shè)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(fā)或非同步測量等基本I/O需求，可以選擇具有集成式或網(wǎng)絡(luò)分布式I/O的控制器。對于更復(fù)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(xié)議連接I/O設(shè)備的控制器。