機器視覺如何應對與工業(yè)自動化系統集成應用的挑戰(zhàn)
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| (發(fā)布日期：2008-3-25 9:11:22) 來源：控制工程 |
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機器視覺市場
機器視覺作為工業(yè)自動化系統的重要組成之一，其技術與應用也隨著自動化行業(yè)的發(fā)展而日益成熟。具體體現在：圖像處理能力和速度不斷增強、光電器件性能的提高、各類標準的逐漸統一以及價格的相對降低。據AIA(自動成像協會)的市場研究調查報告，2006年全球機器視覺市場規(guī)模已經超過了70億美元，并預測在今后五年內仍將保持持續(xù)的增長勢頭。然而，隨著供應商和集成商不斷的把機器視覺應用推向各個領域，機器視覺這一相對獨立的功能如何無縫的融入各行業(yè)各類自動化裝備遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。
機器視覺的應用及挑戰(zhàn)
機器視覺應用主要可分為兩類：
一類是用于大規(guī)�；蛘吒邷y試要求的生產線上，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，利用機器視覺方式代替?zhèn)鹘y人工測量或檢試，同時實現人工條件下無法達到的可靠性、精確度及自動化程度。
另一類應用是必須用到高性能、精密機器視覺組件的專業(yè)設備制造，典型代表是最早帶動整個機器視覺行業(yè)崛起的半導體制造設備。從上游晶圓加工制造的分類切割，到末端電路板印刷、貼片，這類設備都依賴于高精度的視覺測量以對運動部件進行導引與定位。例如，如果錫膏印刷工序存在定位偏差，且該問題直到芯片貼裝后的在線測試才被發(fā)現，那么返修的成本將會是原成本的100倍以上。
然而，在上述應用中，機器視覺功能很少作為孤立的系統，而是以整個自動化系統或者設備的有機組成部分之一出現，也往往在配合邏輯控制，運動控制，數據采集，通信網絡以及企業(yè)數據庫管理等其它功能時，才能真正發(fā)揮出其優(yōu)勢。構建機器視覺系統，除了完成從光源調配到圖像處理軟件開發(fā)系列過程外，更是面臨著與上述種種復雜的自動化系統功能集成所帶來的挑戰(zhàn)。單一的視覺開發(fā)軟硬件方案，往往使得自動化系統整體的開發(fā)周期、成本和不確定性風險都要由制造方或者集成商來承擔。機器視覺與自動化系統集成的困難，很大程度上阻礙了其在相對保守的工業(yè)自動化領域的應用。
基于NI LabVIEW和機器視覺系統的解決方案
面對上述挑戰(zhàn)，NI LabVIEW軟件平臺及其機器視覺系統給出了很好的解決方案。
讓我們先從軟件的角度看機器視覺的開發(fā)與集成過程：首先借助高效便捷的配置軟件VBAI（應用于自動檢測的機器視覺生成器）和全面的視覺模塊(涵蓋了對所有制式和標準的相機的支持，提供模式匹配、OCR、顆粒分析、二維條形碼識別等數百種圖像處理功能)，用戶可以在交互式的開發(fā)環(huán)境中驗證不同的相機和光源設置、采集方式與圖像處理算法，然后再將確認的步驟自動生成對應于LabVIEW的可執(zhí)行程序。LabVIEW軟件平臺具有直觀的圖形化開發(fā)特性，使工程師把更多的精力集中在功能開發(fā)而不是代碼撰寫上。在整體系統開發(fā)和集成過程中，工程師可直接利用對應的LabVIEW工具包和模塊，在統一的平臺下以相同的方式完成運動控制、數據采集、工業(yè)通信和人機界面等功能，實現與各種PAC（可編程自動化控制器）、PLC、工業(yè)設備、OPC客戶端及企業(yè)數據庫的連接與通信。對于這種開發(fā)模式，無論是經驗豐富的集成商還初級開發(fā)者，都得以從不同設備所對應的專用甚至私有開發(fā)方式與平臺、驅動與協議、設備間互間的物理通信與同步這些困境中解放出來，大幅降低了系統集成的難度和成本。
從硬件體系架構來看，基于PC的機器視覺系統由于其開放性和靈活性，在提供強大的處理能力的同時，也較容易實現與其它功能的集成，但是PC的架構由于可靠性和體積等原因，并不能完全滿足工業(yè)應用的需求。另一種方式是嵌入式架構，使用簡單，可靠性高，但是功能相對單一，可集成度較差。為了解決這些矛盾，NI在其緊湊型的機器視覺系統(CVS)中，通過集成LabVIEW實時、FPGA技術，前所未有的實現了在同一嵌入式硬件平臺下完成I/O與通信協議的靈活定制以及運動，可同時采集、處理3路圖像信號，并保證系統的堅固性和可靠性，達到工業(yè)現場惡劣環(huán)境下的應用要求。 |
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