機(jī)器視覺(jué)如何應(yīng)對(duì)與工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)集成應(yīng)用的挑戰(zhàn)
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| (發(fā)布日期：2008-3-25 9:11:22) 來(lái)源：控制工程 |
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機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)
機(jī)器視覺(jué)作為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成之一，其技術(shù)與應(yīng)用也隨著自動(dòng)化行業(yè)的發(fā)展而日益成熟。具體體現(xiàn)在：圖像處理能力和速度不斷增強(qiáng)、光電器件性能的提高、各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸統(tǒng)一以及價(jià)格的相對(duì)降低。據(jù)AIA(自動(dòng)成像協(xié)會(huì))的市場(chǎng)研究調(diào)查報(bào)告，2006年全球機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)超過(guò)了70億美元，并預(yù)測(cè)在今后五年內(nèi)仍將保持持續(xù)的增長(zhǎng)勢(shì)頭。然而，隨著供應(yīng)商和集成商不斷的把機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用推向各個(gè)領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)這一相對(duì)獨(dú)立的功能如何無(wú)縫的融入各行業(yè)各類(lèi)自動(dòng)化裝備遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。
機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用及挑戰(zhàn)
機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用主要可分為兩類(lèi)：
一類(lèi)是用于大規(guī)模或者高測(cè)試要求的生產(chǎn)線上，如包裝、印刷、分揀等，或者在野外、核電等不適合人員工作的環(huán)境中，利用機(jī)器視覺(jué)方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工測(cè)量或檢試，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人工條件下無(wú)法達(dá)到的可靠性、精確度及自動(dòng)化程度。
另一類(lèi)應(yīng)用是必須用到高性能、精密機(jī)器視覺(jué)組件的專(zhuān)業(yè)設(shè)備制造，典型代表是最早帶動(dòng)整個(gè)機(jī)器視覺(jué)行業(yè)崛起的半導(dǎo)體制造設(shè)備。從上游晶圓加工制造的分類(lèi)切割，到末端電路板印刷、貼片，這類(lèi)設(shè)備都依賴于高精度的視覺(jué)測(cè)量以對(duì)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行導(dǎo)引與定位。例如，如果錫膏印刷工序存在定位偏差，且該問(wèn)題直到芯片貼裝后的在線測(cè)試才被發(fā)現(xiàn)，那么返修的成本將會(huì)是原成本的100倍以上。
然而，在上述應(yīng)用中，機(jī)器視覺(jué)功能很少作為孤立的系統(tǒng)，而是以整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)或者設(shè)備的有機(jī)組成部分之一出現(xiàn)，也往往在配合邏輯控制，運(yùn)動(dòng)控制，數(shù)據(jù)采集，通信網(wǎng)絡(luò)以及企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理等其它功能時(shí)，才能真正發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。構(gòu)建機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，除了完成從光源調(diào)配到圖像處理軟件開(kāi)發(fā)系列過(guò)程外，更是面臨著與上述種種復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)功能集成所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。單一的視覺(jué)開(kāi)發(fā)軟硬件方案，往往使得自動(dòng)化系統(tǒng)整體的開(kāi)發(fā)周期、成本和不確定性風(fēng)險(xiǎn)都要由制造方或者集成商來(lái)承擔(dān)。機(jī)器視覺(jué)與自動(dòng)化系統(tǒng)集成的困難，很大程度上阻礙了其在相對(duì)保守的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。
基于NI LabVIEW和機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的解決方案
面對(duì)上述挑戰(zhàn)，NI LabVIEW軟件平臺(tái)及其機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)給出了很好的解決方案。
讓我們先從軟件的角度看機(jī)器視覺(jué)的開(kāi)發(fā)與集成過(guò)程：首先借助高效便捷的配置軟件VBAI（應(yīng)用于自動(dòng)檢測(cè)的機(jī)器視覺(jué)生成器）和全面的視覺(jué)模塊(涵蓋了對(duì)所有制式和標(biāo)準(zhǔn)的相機(jī)的支持，提供模式匹配、OCR、顆粒分析、二維條形碼識(shí)別等數(shù)百種圖像處理功能)，用戶可以在交互式的開(kāi)發(fā)環(huán)境中驗(yàn)證不同的相機(jī)和光源設(shè)置、采集方式與圖像處理算法，然后再將確認(rèn)的步驟自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)于LabVIEW的可執(zhí)行程序。LabVIEW軟件平臺(tái)具有直觀的圖形化開(kāi)發(fā)特性，使工程師把更多的精力集中在功能開(kāi)發(fā)而不是代碼撰寫(xiě)上。在整體系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和集成過(guò)程中，工程師可直接利用對(duì)應(yīng)的LabVIEW工具包和模塊，在統(tǒng)一的平臺(tái)下以相同的方式完成運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)通信和人機(jī)界面等功能，實(shí)現(xiàn)與各種PAC（可編程自動(dòng)化控制器）、PLC、工業(yè)設(shè)備、OPC客戶端及企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接與通信。對(duì)于這種開(kāi)發(fā)模式，無(wú)論是經(jīng)驗(yàn)豐富的集成商還初級(jí)開(kāi)發(fā)者，都得以從不同設(shè)備所對(duì)應(yīng)的專(zhuān)用甚至私有開(kāi)發(fā)方式與平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)與協(xié)議、設(shè)備間互間的物理通信與同步這些困境中解放出來(lái)，大幅降低了系統(tǒng)集成的難度和成本。
從硬件體系架構(gòu)來(lái)看，基于PC的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)由于其開(kāi)放性和靈活性，在提供強(qiáng)大的處理能力的同時(shí)，也較容易實(shí)現(xiàn)與其它功能的集成，但是PC的架構(gòu)由于可靠性和體積等原因，并不能完全滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。另一種方式是嵌入式架構(gòu)，使用簡(jiǎn)單，可靠性高，但是功能相對(duì)單一，可集成度較差。為了解決這些矛盾，NI在其緊湊型的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)(CVS)中，通過(guò)集成LabVIEW實(shí)時(shí)、FPGA技術(shù)，前所未有的實(shí)現(xiàn)了在同一嵌入式硬件平臺(tái)下完成I/O與通信協(xié)議的靈活定制以及運(yùn)動(dòng)，可同時(shí)采集、處理3路圖像信號(hào)，并保證系統(tǒng)的堅(jiān)固性和可靠性，達(dá)到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境下的應(yīng)用要求。 |
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