機器視覺如何應對與工業自動化系統集成應用的挑戰
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| (發布日期：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的發展而日益成熟。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各類自動化裝備遇到了前所未有的挑戰。
機器視覺的應用及挑戰
機器視覺應用主要可分為兩類：
一類是用于大規模或者高測試要求的生產線上，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境中，利用機器視覺方式代替傳統人工測量或檢試，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設備制造，典型代表是最早帶動整個機器視覺行業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，通信網絡以及企業數據庫管理等其它功能時，才能真正發揮出其優勢。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。單一的視覺開發軟硬件方案，往往使得自動化系統整體的開發周期、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，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環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的可執行程序。LabVIEW軟件平臺具有直觀的圖形化開發特性，使工程師把更多的精力集中在功能開發而不是代碼撰寫上。在整體系統開發和集成過程中，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、工業設備、OPC客戶端及企業數據庫的連接與通信。對于這種開發模式，無論是經驗豐富的集成商還初級開發者，都得以從不同設備所對應的專用甚至私有開發方式與平臺、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，達到工業現場惡劣環境下的應用要求。 |
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