德国倍福自动化有限公司

倍福的TwinCAT Vision解决方案将机器视觉完全集成到其开发环境和运行时系统中。传统的工业图像处理通常与传统控制技术分开，需要专业工程师使用专用工具和编程语言在专用PC或智能相机上实现。然而，这种方式生成的图像处理解决方案不仅需要大量的人力物力投入，而且几乎不可能与传统的工业控制系统同步。为了解决这个问题，倍福决定将机器视觉功能完全集成到其开发环境和运行时系统中。

倍福的解决方案集成了具有图像处理功能的工业PC，这意味着价格较低的非智能相机也可以用于捕获本地图像。此外，将视觉功能整合到控制PC上运行的软件中可以带来极大的灵活性，唯一的限制是工业PC的计算能力。与依赖于智能相机的解决方案不同，这种设置不仅允许通过HMI直接、完整地显示图像数据和中间结果，还可以存储图像并进行更全面的分析。

倍福的TwinCAT 3自动化软件将PLC、C++、运动控制、安全以及机器视觉等各种机器功能整合到同一个控制平台中。这个自动化软件是在微软的Visual Studio®中开发的，因此自动化工程师可以在熟悉的集成开发环境（IDE）中工作。这个开发环境已经在全球范围内广泛接受，并且允许直接访问源代码控制、数据库和测试工具接口。此外，可以直接在IDE中配置各种现场总线，并且还支持使用NC PTP实现运动控制以及配置和编写CNC应用程序。因此，将图像处理功能整合进来是一个合乎逻辑的下一步。与其他解决方案不同，TwinCAT Vision允许在Visual Studio®中完成配置、校准和编程，无需学习其他工具或专用的编程语言。此外，TwinCAT Vision还可以与基于HTML5的TwinCAT HMI集成，实现实时显示拍摄画面和结果。

用户可以在Visual Studio®中轻松将相机配置为I/O节点，它支持所有使用GigE Vision协议并符合GenIcam配置标准的相机。用户只需简单扫描一下，即可实现所有相机连接至工业PC，并且可以从分配给相机的相关GenIcam描述文件中检索每台相机的配置参数。因此，无需手动分配IP地址或创建大量参数列表。相机运行准备就绪后，可以在Visual Studio®中显示捕获到的实时图像。所有参数都可以使用PLC功能块实现参数配置修改。

在进行图像处理期间，可以使用常用的棋盘校准板或点阵校准板对相机进行校准，并支持3D校准模式。校准相机时，需要将像素大小转换为公制尺寸。只需几个简单的图像就足以满足校准要求，这样可以简化维护时更换相机和/或镜头的操作，从而降低成本。

倍福开发了专用的硬件产品EL2596，用于支持高精度照明控制的LED驱动端子模块。这个端子模块可以与视觉解决方案集成到控制系统中。

在设置和校准相机后，用户可以开始编写视觉项目的程序。由于视觉解决方案与标准控制技术集成在一起，因此可以使用PLC编程语言执行。此外，也可以使用C/C++和MATLAB®/Simulink®。这样做的好处是，PLC编程人员可以编写图像处理代码以及其他编程任务，而不需要机器视觉专家和专业编程语言。图像处理与运动控制、安全技术、测量技术等功能一样，逐渐成为标准自动化系统功能。

在PLC中编写视觉程序时，只需要添加一个包含捕获图像、渲染和过滤图像数据、检测和识别对象以及测量图像中的对象所需的功能和功能块的功能库。在将图像传输到工业PC之前，需要通过触发相机来捕获图像。大多数情况下，相机以数字方式触发，例如通过支持分布式时钟功能且同步精度达到微秒级的EtherCAT输出端子模块。捕获到的图像存储在工业PC上后，可以启用滤波算法。在检查滤镜是否正常工作时，可以将每个中间步骤都视为Visual Studio®或HMI中的图像。

主要的查找和分析算法可以在渲染完原始图像后运行。TwinCAT Vision目前提供了500多种这样的算法，用户可以根据需要通过在线更改参数和/或代码将这些算法集成到PLC中，而无需在调试C++视觉项目之前停止使用PLC。与基于C++的传统解决方案相比，这是一个主要优点。

图像处理算法在TwinCAT实时系统中执行，其主要优点是视觉算法可以在与PLC、运动控制和测量应用相同的周期时间内运行，或与其他任务同步运行。这样就不需要协调非实时应用和实时PLC、运动控制或测量过程之间的通信，避免了通信延迟和抖动等常见问题。

将图像处理集成到PLC中的另一个重要优点是，PLC编程人员可以直接处理视觉算法返回的结果，就像处理普通传感器数据一样。他们可以使用PLC编程语言编写指令，例如：“如果检测到的图像中的对象为圆形，则将此数字量输出设置为TRUE。”编程人员还可以使用各种熟悉的PLC调试功能，在处理任务期间随时显示图像，就像监视变量一样。如果图像在多个阶段进行处理，可以在每个阶段直接在Visual Studio®中查看图像。编程人员可以在线切换参数，并直接观察效果，例如切换图像中的感兴趣区域（ROI）。用户能够在线修改参数，这意味着可以在运行的PLC上修改整个算法。这个功能使得图像处理解决方案能够快速投入运行并进行优化。

与其他外围设备一样，机器视觉应用可以使用EtherCAT和分布式时钟来同步外部设备。例如，大多数相机都有数字触发输入，如果由EtherCAT端子模块上的数字量输出驱动，则捕获到的图像可以精确匹配传送带位置。用户还可以使用倍福的XFC模块精确地控制照明设备的曝光计时。倍福还推出了专门用于控制LED灯的EtherCAT端子模块EL2596，以支持这种应用。

总之，倍福的TwinCAT Vision解决方案开辟了一个新的领域，将图像处理技术完全集成到自动化解决方案中。它让PLC编程人员能够在熟悉的环境中使用通用的PLC编程语言，通过内置的图像处理功能配置、编程和调试控制应用程序。通过实时集成视觉功能，TwinCAT Vision可以实现PLC、运动控制和图像处理应用的最高精度同步。与EtherCAT结合使用时，可以实现相同的相机和照明计时精度。该解决方案还简化了开发设计和技术支持工作。