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机器视觉和ID读取器的网络集成 |
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作者：John Lewis |
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将机器视觉系统或者基于图像的身份识别标志（ID）读取器的与工程自动化网络集成的传统方法包括将个人计算机（PC）与专用串行总线或者USB端口相连接，然后在PC上运行一个翻译程序，与控制这条总线的PLC实现接口。最新一代的机器视觉系统和ID读取器实现了一些本质的改进，包括以太网连通性和能够与PLC、机器人控制器、PC和人机界面（HMI）直接通讯的工具。
关键的优点包括不再依赖于PC包括从PC到视觉系统或者ID读取器的电缆，不再需要PC端软件，以及通过工厂网络在任何地方都能够与视觉系统或者ID读取器通讯的能力。有了新型的通讯接口，工厂网络和视觉系统以及ID读取器之间的接口变得更加容易。
设备层接口
工厂网络和ID读取器及设备视觉系统之间接口的传统方法是使用RS232串行总线或者USB与个人计算机相连。个人计算机运行翻译软件或者能够解读数据的用户脚本，将翻译结果发送给PLC，有时也发送给其他的网络目标。这种方法所涉及的费用包括购置PC的费用和编程费用，以及连接ID读取器或者视觉系统的布线费用。以前，生产厂商都愿意将视觉系统由单一计算机显示扩展至整个生产线上的多点显示离散视觉系统。
传统方法中的PC购置费用以及由计算机到视觉系统和ID读取器之间的布线费用是相当高昂的，为PC开发翻译软件或者直接购置翻译软件的成本甚至更高。由于能够与PC相连接的代码读取器的数量和视觉系统的数量受到限制，所以采用这种方法实现的系统不便于后续扩展。要求达到良好操作规范的企业还需要承担额外的PC和软件验证成本。另一个局限就是ID读取器或者视觉系统只能够和那些与PC直接相连的设备通讯。这样一来，在某些应用场合就会受到挑战，例如统计过程控制或者在模型变更过程中需要对多个视觉系统下载配置的时候。
以太网接口，控制层
最新一代的ID代码读取器和机器视觉系统集成了以太网接口，能够与工厂网络上的任何交换机或者集线器连接，进而与任何联网的其他设备实现通讯。最近版本的视觉系统和ID 读取器也还配有一些专用工具，使其与常见工厂自动化硬件的直接连接更加便利，例如PLC、机器人控制器、HMI和PC。这样一来就无需使用电缆将PC与ID读取器或者设备系统直接相连，降低了成本。
由于无需使用PC端软件，成本进一步降低，而且对于那些强制要求达到GMP的行业，无需对PC和PC端软件进行评价。ID读取器或者设备视觉系统与工厂网络之间的直接以太网连接改善了系统的扩展能力，无需添置新的硬件和软件就能够添加新的ID读取器或者视觉系统。支持RS232和USB连接，可以直接与PC相连，对应用进行设置和故障排查。
由于可以通过网络与这些系统轻松实现连接和控制，所以安装和维护的总成本得以降低。联网之后的视觉系统、视觉传感器和ID读取器能够确保数据和图形实现被集中采集、在一个监视器上浏览，还能够获得趋势分析功能并实现持续过程改进。联网之后的视觉系统具有自动制程功能，生产灵活性也得以提升，例如在固定模型加工中需要对模型进行变更时。
先进的视觉系统和传感器提供了一些软件工具，使用这些软件工具可以实现集中应用程序开发和网络管理。工程师能够对视觉系统进行设置和修改，与其他工厂站点共享应用程序，不用离开办公室就能够与专家实现远程故障排查。有了这些工具，在现有流水线中增添一个新的视觉传感器或者将现有视觉传感器应用程序移植到新的流水线上就变得很容易。
集成视觉，工厂网络
为了获得这些好处，ID读取器或者设备视觉系统必须能够通过网络与工厂的其他自动化设备实现通讯，例如PLC。有多种工业以太网协议可以选择：
■ EtherNet/IP——这种ODVA协议使视觉系统能够通过一根以太网电缆与PLC和其他设备相连接，无需使用复杂的布线结构和昂贵的网关。
■ Modbus/TCP——这种工业网络协议（Modbus组织）允许通过以太网与Modicon PLC和其他设备直接相连。
■ Profinet——这种工业通讯协议由Profibus International组织定义，它允许视觉系统与PLC和其他工厂自动化设备通讯。
常见的通讯能力包括预装驱动、可用模板以代码示例，这些能力能够加速系统设置过程，确保与工厂自动化机器人和控制器之间实现平顺通讯。将监视图像与集中操作员接口集成的时候通常都有可视化的选项阵列可以选择。在联网的PC上可以通过简单的点击方式来控制多个视觉系统，用户可以轻松地将数据和图像发送至企业文件服务器或者将其显示在用户自己的操作员界面上。
新型视觉系统提供驱动器、模板和代码示例，支持开放式标准工业以太网通讯协议，例如MC Protocol、EtherNet/IP和能够与来自Mitsubishi、Rockwell、Siemens和其他制造商的多种PLC及其他自动化设备连接的Profinet。视觉系统能够与几乎任何类型的机器人通讯，预装驱动器、可以直接使用的模板以及代码示例支持ABB、Denso、Fanuc、Kawasaki、Kuka、Motoman和Staubli的机器人，还能够与Mitsubishi、Adept、Epson及很多其他制造商的机器人进行通讯。离散I/O和串行协议能够支持老式的PLC和设备，无需建立网络连接。支持多种现场总线协议，包括CC-Link、DeviceNet和Profibus。
为了在操作员界面中集成图像、质量数据和交互控制功能，系统还提供了可视化选项。一种常见的方法是将视觉系统图像和用户显示屏幕嵌入到一个兼容NET或者ActiveX的用户应用程序中去或者嵌入到一套来自Rockwell、Wonderware、Citect或者其他生产厂商的基于PC的HMI系统中去。OPC服务器能够将视觉数据发送给HMI显示器、SPC系统、工厂监管系统和Microsoft Excel，用来监控作业状况并记录统计数据。用户可以使用软件开发套件创建用户界面来管理视觉系统。
ID读取器应用
AOP功能搭配合适的软件能够用于在PLC建立新模块以及定义输入输出接点。使用Rockwell公司的AOP功能通过EtherNet/IP连接视觉系统或者ID读取器。第一步是将视觉系统电子数据表（EDS）导入Rockwell公司的EDS向导软件RSLogix。EDS文件就是简单的文本文件，网络配置工具可以使用EDS文件用来定义产品并在网络上对其进行委托。然后使用Rockwell公司的AOP配置工具导入视觉系统或者ID读取器AOP。第三步就是在PLC上配置一个新模块，增加独立的名称，分配读取器IP地址。最终一步就是定义输入和输出接点，然后工程师编写应用程序，然后在Rockwell Automation公司的编程环境下定义相关逻辑。
视觉向导机器人
铸造厂在将重大40磅的铝制离合器外壳递交给客户之前，必须先削掉浇铸口，磨平毛刺。以前，一个操作员负责将铸件放置到设备中去，削掉浇铸口，另一个操作员手持铸件磨平毛刺。Odyssey Machine公司开发了一种视觉向导的机器人，不再采用这些困难且危险的作业模式。机器视觉系统能够识别传送带上的零件是八个零件中的哪一个，以及这个零件的位置。机器人随后将零件夹起，将其放置到切割工位将浇铸口削掉，然后机器人将零件从切割工位移除，并放置到第二个高速打磨工位的夹具上，将毛刺磨掉。
机器人夹持离合器外壳
车间在Allen-Bradley可编程逻辑控制器（PLC）的控制下运行，PLC通过以太网电缆与视觉系统相连接。Fanuc公司将一台已经退休的老旧机器人（Fanuc公司的S900W型）进行改造重制，并将其付诸于这个应用。通过以太网连接PLC可以很容易地与视觉系统连接在一起，因为以太网连接具有与PLC通讯所需的协议。视觉系统与RJ2机器人相连，通过数字输入/输出与机器人控制器通讯。视觉系统将零件识别信息和零件坐标发送给PLC，然后PLC再将这些信息发送给机器人控制器。
确认，跟踪
在美国德州，每一个在批发环节销售的烈性酒酒瓶上都必须附加印花标志，例如销售给宾馆和饭店的烈性酒。位于达拉斯的Good-Goody Liquor公司希望能够自动完成读取印花信息的过程，以确认每一个酒瓶上都有一个印花标志，并且将每一个酒瓶的编号都存储在数据库中以备之后审核之用。这种应用对条形码读取带来了挑战。此系统处理酒瓶的速率是每秒钟一个酒瓶，酒瓶具有不同的形状和底色，而且标签的位置也不同，更不要提光照条件也一直在变化。
根据视觉系统的指引，机器人能够从传送带上拾取离合器外壳。图片来源：Cognex公司
Cisco-Eagle公司是一家主营搭建自动化贴标系统的公司，它与Good-Goody Liquor公司合作开发了一套系统，能够自动完成一维条形码的印花标志贴标作业，以及条形码的读取确认和追踪。机器视觉功能用来识别不具有印花标签的酒瓶，然后系统会将这些酒瓶从流水线上移除。机器视觉功能还被用来捕捉印花标签号码，然后将号码存储在数据库中以备审核之用。
ID读取器读取印花条形码信息，并对其进行确认和追踪。图片来源：Cognex公司。
ID读取器通过EtherNet/IP协议完成通讯，配有PLC驱动，简化了基层任务。一旦PLC中安装好了驱动，摄像头就能够作为PLC的一个组件被调用，随后可以对PLC进行编程，使用最少的代码对摄像头发出指令，例如捕捉图像，不管是否检测到条形码都会给出一个反馈信号，然后将条形码编号发送至数据库，这些工作仅仅靠三行代码就可以完成。
简化通讯
过去采用PC与视觉系统和ID读取器进行通讯的方法要求采购昂贵的硬件并开发有可能很复杂的软件然后才能够与工厂网络接口。新一代的视觉系统和ID读取器具有内置的以太网连接能力，同时还配有接口工具，可以直接与工厂自动化设备进行通讯，完成与工厂网络的无缝连接。安装时间和安装成本也能够降低，新设备提高了信息的可操作性，使信息能够更方便地为其他应用程序所用，这进一步增加了视觉系统和ID读取器的价值。
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(5/6/2013) |
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