TwinCAT Vision：在 PLC 環境中編寫機器視覺實時解決方案
   圖像處理功能完全集成在控製係統中
   到目前為止，工業圖像處理通常與傳統控製技術還是分開的。它主要由專業工程師使用專用的工具和編程語言在專用的 PC 或(huo)智(zhi)能(neng)相(xiang)機(ji)上(shang)實(shi)現(xian)。但(dan)是(shi)以(yi)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)生(sheng)成(cheng)的(de)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)不(bu)僅(jin)在(zai)工(gong)程(cheng)和(he)技(ji)術(shu)支(zhi)持(chi)方(fang)麵(mian)需(xu)要(yao)投(tou)入(ru)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)人(ren)力(li)物(wu)力(li)，而(er)且(qie)它(ta)們(men)幾(ji)乎(hu)不(bu)可(ke)能(neng)與(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)工(gong)業(ye)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)同(tong)步(bu)。這(zhe)一(yi)切(qie)促(cu)使(shi)倍(bei)福(fu)決(jue)定(ding)走(zou)一(yi)條(tiao)完(wan)全(quan)不(bu)同(tong)的(de)路(lu)，將(jiang)機(ji)器(qi)視(shi)覺(jiao)完(wan)全(quan)集(ji)成(cheng)在(zai)其(qi)開(kai)發(fa)環(huan)境(jing)和(he)運(yun)行(xing)時(shi)係(xi)統(tong)中(zhong)。
   集成有圖像處理功能的倍福方案再次將係統智能整合在性能強大的工業 PC 中。這表示價格便宜的非智能相機也可用於捕獲本地圖像。此外，將視覺功能整合到控製 PC 上運行的軟件中可以帶來極大的靈活性，唯一的限製因素是工業 PC 的計算能力。與依賴於智能相機的解決方案不同，這一設置不僅允許通過 HMI 直接、完整地顯示圖像數據和中間結果，還可以存儲圖像
，進行更全麵的分析。
   高效開發圖像處理項目
   將 PLC、C++、運動控製

、安全以及現在的機器視覺等各種機器功能整合到同一個控製平台中的 TwinCAT 3 自動化軟件是在微軟的 Visual Studio®中開發而成。這意味著自動化工程師可以在編程標準軟件應用程序時常用的相同集成開發環境（IDE）中工作。
   這樣做的好處之一是，這一開發環境已在全世界範圍內被廣泛接受；另一個好處是，它允許直接訪問源代碼控製、數據庫和測試工具接口。此外，可以直接在 IDE 中配置 TwinCAT 所支持的各種現場總線：通過 TwinSAFE
，還可以配置和編寫與安全相關的應用程序。它也支持使用 NC PTP 實現運動控製
，以及配置和編寫 CNC 應ying用yong程cheng序xu。因yin此ci，整zheng合he圖tu像xiang處chu理li功gong能neng是shi合he乎hu邏luo輯ji的de下xia一yi個ge步bu驟zhou。市shi麵mian上shang的de其qi它ta解jie決jue方fang案an通tong常chang都dou需xu要yao使shi用yong自zi己ji的de用yong戶hu界jie麵mian進jin行xing配pei置zhi和he編bian程cheng，但dan有you了le TwinCAT Vision 後，配置
、校準和編程都可以在 Visual Studio®中完成
，無需學習其它工具或專用的編程語言。此外

，TwinCAT Vision 還可以順利將開發環境與基於 HTML5 的TwinCAT HMI 集成在一起，實現拍攝畫麵及結果的實時顯示。
   用戶可以在 Visual Studio®中輕鬆將相機配置為 I/O 節點，它支持所有使用 GigE Vision 協議並符合GenIcam配置標準的相機


；該標準還使得係統能夠輕鬆地集成專業相機。用戶隻需要簡單掃描一下，即可實現所有相機連接至工業 PC，並且可以從分配給相機的相關GenIcam描述文件中檢索每台相機的配置參數。因此無需手動分配 IP 地址或創建大量參數列表。片刻之後，相機運行準備就緒，可以在 Visual Studio®中顯示捕獲到的實時圖像。無論是在開發階段，還是之後的現場操作期間，所有參數都可以使用 PLC 功能塊實現參數配置修改。
   如ru果guo要yao在zai圖tu像xiang處chu理li期qi間jian進jin行xing測ce量liang，則ze校xiao準zhun相xiang機ji時shi需xu要yao將jiang像xiang素su大da小xiao轉zhuan換huan為wei公gong製zhi尺chi寸cun。可ke以yi使shi用yong常chang用yong的de棋qi盤pan校xiao準zhun板ban或huo點dian陣zhen校xiao準zhun板ban對dui相xiang機ji進jin行xing校xiao準zhun
；它也支持 3D 校準模式。隻需簡單幾個圖像就足以滿足校準要求

，這是很重要的優點：這樣可以簡化維護時更換相機和/或鏡頭的操作，從而降低成本。

   針對視覺應用中高精度照明控製的 LED 驅動端子模塊 EL2596 是倍福開發的第一款專用硬件產品，旨在支持將圖像處理功能集成到控製係統中
   具備視覺專業知識的 PLC 編程人員
設置並校準好相機後，用戶就可以開始視覺項目編程。由於視覺解決方案與標準控製技術集成在一起，因此可以使用大家所熟悉的 PLC 編程語言來執行。實際上，也可以使用 C/C++ 和 MATLAB®/Simulink®。展望未來
，這樣將讓 PLC 編bian程cheng人ren員yuan能neng夠gou編bian寫xie圖tu像xiang處chu理li代dai碼ma以yi及ji其qi它ta編bian程cheng任ren務wu，因yin為wei機ji器qi視shi覺jiao專zhuan家jia和he專zhuan業ye編bian程cheng語yu言yan不bu再zai是shi必bi不bu可ke少shao的de。同tong時shi
，圖tu像xiang處chu理li將jiang與yu近jin年nian來lai已yi經jing整zheng合he到dao控kong製zhi軟ruan件jian中zhong的de運yun動dong控kong製zhi、安全技術、測量技術等功能一樣，逐漸成為標準自動化係統功能。
   在 PLC 中編寫視覺程序時，隻需要添加一個包含捕獲圖像
、渲染和過濾圖像數據、檢測和識別對象以及測量圖像中的對象所需的功能和功能塊的功能庫。特別是包裝行業所要求的條形碼、二維碼識別能力
，而現有的視覺功能庫中也已經包括處理這些任務的功能。
   在將圖像傳輸到工業 PC 前，首先必須通過觸發相機來捕獲圖像。在大多數情況下
，相機以數字方式觸發 ― 例如，通過支持分布式時鍾功能且同步精度達到微秒級的 EtherCAT 輸出端子模塊。一旦捕獲到的圖像被存儲在工業 PC 上後

，就開始啟用濾波算法。在檢查濾鏡是否正常工作時

，可以將每個中間步驟都視為 Visual Studio®或 HMI 中的圖像。
   主要的查找和分析算法可以在渲染完原始圖像後運行。目前
，TwinCAT Vision 有 500 多種此類算法可用，用戶可以根據需要通過在線更改參數和/或代碼將這些算法集成到 PLC 中，而無需在調試C++ 視覺項目前，事先停止使用 PLC。與基於 C ++ 的傳統解決方案相比
，這是一個主要優點。
   最大同步精度
   圖像處理算法在TwinCAT實時係統中執行
，其主要優點是視覺算法可以在與 PLC、運動控製和測量應用相同的周期時間內運行，或與其他任務同步運行。因此，不需要協調非實時應用和實時 PLC、運動控製或測量過程之間的通信，這樣可以避免出現通信延遲和抖動之類的常見相關問題。

   精確測量鑽孔的能力隻是眾多用例中的一個，其中集成的
、精確同步的視覺解決方案可以提高製造過程中的質量和生產效率
   將圖像處理集成在 PLC 中還有一個重要優點：PLC 編程人員可以使用與處理普通傳感器數據的相同的方式
，直接處理視覺算法返回的結果。例如，他們可以按照此方法編寫指令：“如果檢測到的圖像中的對象為圓形
，將此數字量輸出設置為 TRUE。”編程人員還可以使用各種熟悉的 PLC 調tiao試shi功gong能neng。這zhe意yi味wei著zhe他ta們men可ke以yi在zai處chu理li任ren務wu期qi間jian隨sui時shi顯xian示shi圖tu像xiang，就jiu像xiang在zai監jian視shi變bian量liang一yi樣yang。如ru果guo圖tu像xiang是shi分fen多duo個ge階jie段duan進jin行xing處chu理li

，則ze可ke以yi在zai每mei個ge階jie段duan直zhi接jie在zai Visual Studio® 中查看。從而可以實現快速且簡單的測試算法。編程人員可以在線切換參數，然後直接觀察效果，例如
，可以切換圖像中的ROI 感興趣區域。用戶能夠在線修改參數（PLC 編程中的常見做法）意味著也可以在正在運行的 PLC 上修改整個算法。這個功能讓圖像處理解決方案能夠快速投入運行並可進行優化。
   與其它外圍設備一樣，也可以使用 EtherCAT 和分布式時鍾同步機器視覺應用所使用的外部設備。比如，大多數相機都有數字觸發輸入。如果這是由 EtherCAT 端子模塊上的數字量輸出驅動的，則捕獲到的圖像可以精確匹配傳送帶位置。同樣用戶也可以基於倍福XFC 模塊出色的輸入輸出精度
，非常精確地給照明設備進行曝光計時並進行控製。新推出的用於控製 LED 燈的 EtherCAT 端子模塊 EL2596 便是專為此類應用而開發設計的。

   實時同步運動控製、機器人技術和視覺應用（在本用例中，圖像處理與 XTS 磁懸浮輸送係統相結合）可以大大提升設備設計和工藝順序設定效率
   結論
TwinCAT Vision 作為第一個完全集成圖像處理技術的自動化解決方案，它無論是在配置和編程層麵，還是在實時操作中
，都開辟了一片新天地。它讓 PLC 編程人員能夠在熟悉的環境中使用通用的 PLC 編程語言


，通過內置圖像處理功能配置
、編程和調試控製應用程序。通過實時集成視覺功能，TwinCAT Vision 可以實現 PLC
、運動控製和圖像處理應用的最高精度同步
；如果與 EtherCAT 結合使用，可以實現相同的相機和照明計時精度。可以將捕獲到的圖像數據合並到 HMI 中或隨時進行保存。該解決方案也簡化了開發設計和技術支持工作。
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