從軟件的角度看機(jī)器視覺的開發(fā)與集成過程：首先借助高效便捷的配置軟件VBAI(應(yīng)用于自動(dòng)檢測(cè)的機(jī)器視覺生成器)和全面的視覺模塊(涵蓋了對(duì)所有制式和標(biāo)準(zhǔn)的相機(jī)的支持，提供模式匹配、OCR、顆粒分析、二維條形碼識(shí)別等數(shù)百種圖像處理功能)，用戶可以在交互式的開發(fā)環(huán)境中驗(yàn)證不同的相機(jī)和光源設(shè)置、采集方式與圖像處理算法，然后再將確認(rèn)的步驟自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)于LabVIEW的可執(zhí)行程序。

LabVIEW軟件平臺(tái)具有直觀的圖形化開發(fā)特性，使工程師把更多的精力集中在功能開發(fā)而不是代碼撰寫上。在整體系統(tǒng)開發(fā)和集成過程中，工程師可直接利用對(duì)應(yīng)的LabVIEW工具包和模塊，在統(tǒng)一的平臺(tái)下以相同的方式完成運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、工業(yè)通信和人機(jī)界面等功能，實(shí)現(xiàn)與各種PAC(可編程自動(dòng)化控制器)、PLC、工業(yè)設(shè)備、OPC客戶端及企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接與通信。

對(duì)于這種開發(fā)模式，無論是經(jīng)驗(yàn)豐富的集成商還初級(jí)開發(fā)者，都得以從不同設(shè)備所對(duì)應(yīng)的專用甚至私有開發(fā)方式與平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)與協(xié)議、設(shè)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(tǒng)集成的難度和成本。

從硬件體系架構(gòu)來看，基于PC的機(jī)器視覺系統(tǒng)由于其開放性和靈活性，在提供強(qiáng)大的處理能力的同時(shí)，也較容易實(shí)現(xiàn)與其它功能的集成，但是PC的架構(gòu)由于可靠性和體積等原因，并不能完全滿足工業(yè)應(yīng)用的需求。

另一種方式是嵌入式架構(gòu)，使用簡(jiǎn)單，可靠性高，但是功能相對(duì)單一，可集成度較差。為了解決這些矛盾，NI在其緊湊型的機(jī)器視覺系統(tǒng)(CVS)中，通過集成LabVIEW實(shí)時(shí)、FPGA技術(shù)，前所未有的實(shí)現(xiàn)了在同一嵌入式硬件平臺(tái)下完成I/O與通信協(xié)議的靈活定制以及運(yùn)動(dòng)，可同時(shí)采集、處理3路圖像信號(hào)，并保證系統(tǒng)的堅(jiān)固性和可靠性，達(dá)到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境下的應(yīng)用要求(圖1)。

圖.1 FIG.1 NI 緊湊型的機(jī)器視覺系統(tǒng)

下面我們通過兩個(gè)實(shí)例分析，具體探討如何利用開放靈活的軟硬件平臺(tái)集成機(jī)器視覺和多域功能應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成復(fù)雜度降低及開發(fā)周期的縮短。

基于LabVIEW及同步的機(jī)器視覺、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化半導(dǎo)體晶圓分類系統(tǒng)在半導(dǎo)體制造業(yè)，晶圓切割前必須根據(jù)其厚度(THK)、全厚度誤差(TTV)、彎曲度(BOW)、翹曲度(WARP)等電氣及物理參數(shù)進(jìn)行細(xì)致分類，以達(dá)到嚴(yán)格的容差要求。為保證測(cè)量精度，傳統(tǒng)采用單點(diǎn)測(cè)量方式，需消耗大量的測(cè)試時(shí)間。為此，美國(guó)Gigamat Technologies公司研發(fā)出新一代的全掃描自動(dòng)分類設(shè)備(圖2)，以提高吞吐率并要求能達(dá)到單點(diǎn)測(cè)試下的精度和重復(fù)性要求，這在技術(shù)上是相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

圖.2自動(dòng)化半導(dǎo)體晶圓分類系統(tǒng)

新全自動(dòng)晶圓分類系統(tǒng)充分利用了LabVIEW平臺(tái)及其配套工具包，該系統(tǒng)分為晶圓對(duì)準(zhǔn)和測(cè)量?jī)蓚€(gè)工作步驟。對(duì)準(zhǔn)過程使用線掃描圖像采集方式和3軸運(yùn)動(dòng)控制，通過同步圖像采集與底盤旋轉(zhuǎn)速率，在1秒內(nèi)完成整張晶片6百萬象素的圖像采集，利用LabVIEW視覺算法判斷晶片中心位置、平坦度和其它特性，據(jù)此調(diào)整晶圓位置實(shí)現(xiàn)其與參數(shù)測(cè)量平臺(tái)完全匹配。

測(cè)量步驟要求對(duì)上下表面間距測(cè)量的分辨率小于0.0001mm，其解決辦法是在LabVIEW平臺(tái)下應(yīng)用NI運(yùn)動(dòng)控制工具生成平滑的圓弧及螺旋軌跡組合，精確控制旋轉(zhuǎn)中的晶片位置，使用NI數(shù)據(jù)采集卡完成多通道同步進(jìn)行的探針高速、高密度測(cè)量，實(shí)時(shí)記錄對(duì)應(yīng)位置，據(jù)此進(jìn)行相關(guān)計(jì)算處理，獲取各項(xiàng)參數(shù)信息，最終得出分類的結(jié)果。

除了以上的核心步驟外，該系統(tǒng)還包括了：觸摸屏人機(jī)界面;基于RS-485通信的晶圓升降機(jī)

控制;用于光源、機(jī)器功率和真空設(shè)備的數(shù)字I/O控制;以及與Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)連接以實(shí)現(xiàn)加工過程數(shù)字化加工。而這些功能，都是在LabVIEW平臺(tái)下統(tǒng)一開發(fā)完成，Gigmat的經(jīng)理這樣評(píng)論“如果沒有LabVIEW以及NI機(jī)器視覺，運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的同步，這個(gè)項(xiàng)目就不可能達(dá)到經(jīng)濟(jì)可行”。

NI緊湊型機(jī)器視覺系統(tǒng)幫助汽車火花塞檢測(cè)達(dá)到6Sigma的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)

汽車火花塞的偏心度和電極間距是決定其性能的關(guān)鍵指標(biāo)。過去某領(lǐng)先的汽車火花塞制造商一直通過人工的方式對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)闇y(cè)量精度低，必須采用過于嚴(yán)格的產(chǎn)品的公差帶限制，導(dǎo)致不必要的生產(chǎn)要求提高和產(chǎn)量減少。為了保證可靠的質(zhì)量控制，更快的檢測(cè)速度和產(chǎn)量的提高，該制造商決定建立基于機(jī)器視覺的全掃描尺寸定量系統(tǒng)。

系統(tǒng)由IEEE 1394相機(jī)、環(huán)形光源、堅(jiān)固的NI CVS嵌入式機(jī)器視覺系統(tǒng)以及LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)構(gòu)成。采集的火花塞圖像通過火線傳入CVS，在其上運(yùn)行實(shí)時(shí)的圓形邊緣檢測(cè)等特殊算法，而通過對(duì)欠采樣的控制找到精度與處理時(shí)間的平衡點(diǎn)，測(cè)量精度達(dá)到0.01mm，完全滿足6Sigma標(biāo)準(zhǔn)。

隨后，CVS通過其數(shù)字端口與生產(chǎn)線上的PLC和繼電器等設(shè)備通信，完成不合格品的自動(dòng)剔除工作，免去了人工干預(yù)。整個(gè)系統(tǒng)接入工廠以太網(wǎng)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的參數(shù)配置，校準(zhǔn)以及產(chǎn)品信息的記錄。由于測(cè)試精度的提高，放寬了公差范圍，大幅提高了產(chǎn)量和效率。

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【五節(jié)課目錄】

▲ 第1節(jié)：龍哥手把手教你學(xué)視覺—LabVIEW視覺直播課

▲ 第2節(jié)：學(xué)會(huì)LabVIEW視覺外觀檢測(cè)，掌握加薪秘訣

▲ 第3節(jié)：暢聊LabVIEW視覺編程入門知識(shí)，將成為黑馬程序員

▲ 第4節(jié)：龍哥帶你深入了解工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)

▲ 第5節(jié)：暢聊LabVIEW視覺工程師職業(yè)發(fā)現(xiàn)前景

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