什么是集成机器视觉

记得前两年在讨论自动化品牌涉足视觉技术的话题时,我们曾经有提到集成机器视觉,不过那会这样的技术多半还处于概念或原型机阶段。时至今日,大家可以看到,市面上一些自动化品牌,已经推出了相应的产品和解决方案。本期,我们就借 B&R 近期的一款新产品,进一步和大伙聊聊,什么是集成机器视觉。

首先我们知道,机器视觉本身其实是一种图像识别技术,在工业领域,它主要可以应用于包括码类读取、字符识别、形状轮廓辨识、图形分析、画面匹配、尺寸检验测量...等场合。传统的视觉技术,在面对不同应用场景时,通常是需要选用特定类型的视觉传感器或相机的。

PicSource:B&R Automation

而我们注意到,B&R 的这套视觉系统,不论是面对哪种应用,其使用的相机都只有一款,按照官方的说法,这是一台基于 FPGA 和 HALCON 平台开发的、具备图像预处理功能的高速嵌入式视觉传感器。这对于现在需要越来越多使用到视觉技术的自动化设备来说,将有助于减少其总体元器件使用的数量和种类,并简化设备系统,降低系统的集成、应用和维护成本。

PicSource:B&R Automation

事实上,上述这种相机功能的集成,并不光是在硬件层面的,更多还体现在应用软件和通讯连接方面;同时其给自动化设备所带来的,也不仅仅只是元件种类和数量的减少,还有系统性能和应用体验的提升。

传统视觉与设备系统之间交互的接口一般是比较复杂的。它一方面会使用非实时协议的通讯接口,如:EtherNet/IP、Modbus、Profibus、RS-232/485...等,用于传输参数和图像...等信息;另一方面,则是以数字量或者模拟量信号,作为与自动化系统对接完成动态互操作的实时控制连接。这不仅给设备用户增加了构建系统的难度和工作量,同时也大大限制了视觉系统与自动化设备之间互操作应用的同步性能和灵活性。

PicSource:B&R Automation

二者之间交互接口的这种复杂性,使得传统的机器视觉相对于设备的自动化控制系统,在软件上也是相对独立的,其参数的配置和调校都是需要使用专门的软件来完成的。因此,一般在将视觉产品集成到自动化系统过程中,除了要在自动化系统中对视觉应用的逻辑和控制流程进行设定,还不得不在调试时预装专用视觉软件,并反复切换 PC 与各台相机之间的线路连接。

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而集成机器视觉则不同,其设备控制系统与视觉传感器乃至光源照明之间,都只使用高带宽实时工业以太网作为数据连接,在 B&R 这款产品中,自然就是 EtherNet PowerLink 了。无论是非实时的数据量较大的应用参数与图像信息,还是高动态的实时同步控制指令,都会以这条数据通道作为唯一介质进行交互。这就极大的简化了系统的线路连接和拓扑架构,不仅降低了在设备系统中集成视觉技术的难度,还大大提升了视觉系统与其他设备组件(如:机器人、编码器、伺服轴、传输系统...等)之间进行实时互操作的同步性能和灵活性。

PicSource:B&R Automation

与此同时,尽管现场各台相机在硬件上仍然是相对独立的组件,但它们的软件操作与应用配置环境却是整合在一个自动化控制系统之中的,这样,用户在对视觉系统进行配置和调校时,就可以在一个统一的软件环境中完成对设备控制程序、相机与光源参数的配置和调整,以及它们与之间应用逻辑关系的设定。这将在一定程度上帮助缩短自动化设备的交付周期。

PicSource:B&R Automation

值得一提的是,在 B&R 的这款产品中,光源也是通过实时通讯总线和软件平台集成在设备系统之中的,包括相机自带光源和外部光源。按照官方的说法,光源的照射强度、角度、颜色以及触发条件都是可以在其统一的系统软件环境 Automation Studio 中进行灵活设置的;而基于这些与产品外观相关的配方选项,用户还能够让设备在运行过程中实现照明参数的自动动态切换,从而缩短生产批次切换周期。

PicSource:B&R Automation

另外,基于这种统一的实时通讯总线和软件操作平台,集成机器视觉中的各类相关参数将不再像以往那样存储在相机本体,而是集中储存在自动化控制系统( 如:X20 或 Aautomation PC ... 等控制器)中的,因此对于设备用户而言,若遇意外需要更换相机组件,将无需再进行任何软件参数方面的设置和调校,只要将新的相机接入系统上电,做简单的硬件配置即可恢复运行,这将有效缩短设备的停机时间。

不难看出,所谓的集成机器视觉,就是借助实时工业以太网和软件技术,将传统意义上相对独立的视觉系统(包括:相机和光源...等)有机的纳入到自动化架构中去,形成一套融合机器视觉技术的设备控制系统,从而帮助用户优化其集成和应用的总体成本与综合体验。其原理与我们早前谈过的集成运动控制其实是类似的。

PicSource:B&R Automation

可以说,集成机器视觉在很大程度上降低了视觉技术在工业领域的应用门槛。那么,它未来在各行业领域应用普及的趋势又将如何呢?欢迎大家在留言区发表您的观点评论。

以上内容纯属作者本人观点,如有吻合,纯属巧合。

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