關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué)；高精度檢測(cè)；圖形化編程；智能化

概述

機(jī)器視覺(jué)涉及圖像處理、模式識(shí)別、光機(jī)電一體化等領(lǐng)域，通過(guò)圖像采集、算法處理和上下游對(duì)外通信這三個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)同工作，從而實(shí)現(xiàn)各種檢測(cè)、判斷、識(shí)別、測(cè)量定位等功能。隨著中國(guó)智能制造2025的推進(jìn)，大規(guī)模的應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到電子、汽車(chē)、半導(dǎo)體、新能源、醫(yī)療、食品、物流等行業(yè)。但隨著精密制造與組裝產(chǎn)業(yè)智能化對(duì)檢測(cè)精度、速度和各種傳感器的要求越來(lái)越高，視覺(jué)系統(tǒng)的集成度和處理任務(wù)的復(fù)雜度不斷攀升，傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試部署方式已經(jīng)不能適應(yīng)要求。針對(duì)此行業(yè)痛點(diǎn)，華周推出了完全自主研發(fā)的VisionTech通用視覺(jué)軟件，為客戶(hù)解決視覺(jué)問(wèn)題提供了一個(gè)強(qiáng)大、便捷、穩(wěn)定的解決方案。該軟件采用圖形化控件的方法，無(wú)需編寫(xiě)代碼，只需要通過(guò)簡(jiǎn)單的把各種工具進(jìn)行組合，就可以完成各種復(fù)雜的視覺(jué)檢測(cè)任務(wù)。同時(shí)，軟件采用豐富的通信方式來(lái)完成各種通訊控制，實(shí)現(xiàn)同各主流品牌工業(yè)相機(jī)、PLC、I/O模塊等上下游設(shè)備的連接控制。極大的提高了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的效率、壓縮現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間和降低技術(shù)驗(yàn)證難度。

關(guān)鍵技術(shù)

視覺(jué)項(xiàng)目最大的特點(diǎn)是項(xiàng)目導(dǎo)向個(gè)性化，不同的項(xiàng)目檢測(cè)需求多變、工作邏輯復(fù)雜，這就要求通用軟件必須具備豐富的圖像處理算子，同時(shí)為了簡(jiǎn)化邏輯和提高開(kāi)發(fā)效率，需要采用模塊化設(shè)計(jì)，按照檢測(cè)功能把這些模塊任意組合成不同的檢測(cè)邏輯，達(dá)到快速完成視覺(jué)任務(wù)的要求。為解決這個(gè)問(wèn)題，VisionTech視覺(jué)軟件內(nèi)置了上百種圖像處理算子，按照常用的檢測(cè)需求組合成4大模塊：圖像識(shí)別、缺陷檢測(cè)、定位引導(dǎo)和測(cè)量（如圖1），這些核心功能模塊在3C電子、新能源電池和印刷包裝等行業(yè)的多個(gè)工業(yè)項(xiàng)目中被廣泛應(yīng)用，已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)的批量復(fù)制設(shè)備中驗(yàn)證了穩(wěn)定性。

當(dāng)前的自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備越來(lái)越追求高精度和高速度，為此圖像處理要求達(dá)到亞像素級(jí)別的檢測(cè)精度和重復(fù)性，同時(shí)模塊調(diào)用的計(jì)算時(shí)間需要達(dá)到毫秒級(jí)以下。VisionTech運(yùn)用精確的邊緣提取技術(shù)和魯棒的輪廓擬合，即使面對(duì)復(fù)雜形狀的被測(cè)物也能在實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。

同時(shí)，VisionTech所有圖像處理算子在底層都采用SSE技術(shù)進(jìn)行加速優(yōu)化，使得算子的計(jì)算響應(yīng)時(shí)間達(dá)到毫秒級(jí)別，在飛拍等實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合也可以輕松勝任。以業(yè)界標(biāo)桿的視覺(jué)軟件HALCON作對(duì)比測(cè)試，VisionTech在精度和耗時(shí)方面毫不遜色。圖2~圖5顯示VisionTech在計(jì)算精度、重復(fù)性和計(jì)算時(shí)間等方面的測(cè)試結(jié)果。

圖形化編程

在算法邏輯確定后，開(kāi)發(fā)員希望快速的構(gòu)建可運(yùn)行的程序驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果，調(diào)試工程師很多時(shí)候也要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件的變化改變個(gè)別流程或檢測(cè)參數(shù)，這些都要求通用視覺(jué)軟件要有更友好的構(gòu)建操作。VisionTech的設(shè)計(jì)思路是在極短的時(shí)間內(nèi)建立工程，降低對(duì)視覺(jué)工程師的技能門(mén)檻要求，提高項(xiàng)目落地運(yùn)行的效率。

為此，在操作上采用友好的“拖拽”方式，只需根據(jù)檢測(cè)需求，拖拽工具圖標(biāo)到檢測(cè)邏輯中，不需要編程即可實(shí)現(xiàn)不同檢測(cè)邏輯設(shè)定，通過(guò)修改有限的參數(shù)即能達(dá)到想要的調(diào)試效果，操作簡(jiǎn)單方便。在數(shù)據(jù)流控制方面，不同模塊間的數(shù)據(jù)和邏輯關(guān)系可以根據(jù)需要任意設(shè)置引用，并通過(guò)箭頭標(biāo)示，在界面上可以直觀清晰的展示程序結(jié)構(gòu)和流程。

VisionTech可以同時(shí)建立十個(gè)以上檢測(cè)流程，支持多線程、多任務(wù)并行處理，各個(gè)任務(wù)之間可以完全獨(dú)立運(yùn)行或者互相關(guān)聯(lián)的方式協(xié)作運(yùn)行。圖6所示，部署在機(jī)器手上的兩相機(jī)定位上下料項(xiàng)目的運(yùn)行界面。

多樣化的通訊協(xié)議

一個(gè)完整的視覺(jué)系統(tǒng)除了核心的圖像處理軟件，還需要與相機(jī)、機(jī)器手、PLC、控制器、I/O等各種設(shè)備協(xié)同合作，才能使自動(dòng)化設(shè)備精準(zhǔn)運(yùn)行。這些設(shè)備的通訊協(xié)議多種多樣，如果沒(méi)有完備的通訊模塊，在現(xiàn)場(chǎng)部署時(shí)這些上下游設(shè)備間的聯(lián)合調(diào)試往往要耗費(fèi)大量時(shí)間，降低項(xiàng)目落地應(yīng)用驗(yàn)收的效率。

VisionTech根據(jù)多年的視覺(jué)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)整合出通用的通訊模塊，包括：

1）常用的網(wǎng)口、串口、Modbus協(xié)議的應(yīng)用組件；

2）根據(jù)工業(yè)相機(jī)的GigE和USB3協(xié)議，開(kāi)發(fā)出支持國(guó)內(nèi)外主流品牌相機(jī)的組件，包括支持Basler、堡盟、?？?、大華等；

3）支持西門(mén)子、施耐德、歐姆龍、三菱等主流PLC的組件；

4）支持光源控制器和I/O卡的組件。

通過(guò)VisionTech的通訊模塊，能夠無(wú)縫地和常用的工業(yè)硬件組成模塊化系統(tǒng)，針對(duì)不同檢測(cè)需求進(jìn)行快速部署和推廣。