在很多高速的自動化應(yīng)用中，對機器視覺與運動控制的交互速度和穩(wěn)定性要求越來越高，既要求在某一特定時間段內(nèi)獲取圖像、處理圖像，又要求將結(jié)果與運動控制在確定的循環(huán)周期內(nèi)交互數(shù)據(jù)。

　　為了確保實現(xiàn)這一過程，并不適合使用像Windows這樣的操作系統(tǒng)，因為這樣的操作系統(tǒng)中包含能引入無限延遲的內(nèi)部機制，導(dǎo)致交互過程的不可預(yù)知性。例如高速表面貼裝、基于視覺伺服技術(shù)的精密組裝以及近幾年流行的異型電池疊片等應(yīng)用，基于Windows的視覺引導(dǎo)在執(zhí)行穩(wěn)定性、良率控制和Cycle Time優(yōu)化上會面臨越來越大的挑戰(zhàn)。

　　為了滿足高性能視覺引導(dǎo)系統(tǒng)的要求，先進的自動化系統(tǒng)需要引入實時操作系統(tǒng)(RTOS)。不同于Windows這樣的操作系統(tǒng)，實時操作系統(tǒng)允許設(shè)計者能準(zhǔn)確地預(yù)測系統(tǒng)抖動——開始和完成任務(wù)的時間，如圖像采集、處理和I/O控制。雖然實時操作系統(tǒng)能夠用于此類任務(wù)，但是它們通常與Windows等通用操作系統(tǒng)結(jié)合使用。這樣，開發(fā)人員便能夠利用現(xiàn)成的開發(fā)包實現(xiàn)圖形用戶界面等功能，同時利用實時操作系統(tǒng)來實現(xiàn)一些對時間要求嚴苛的任務(wù)。

　　ProV Real-Time(簡稱ProV RT)是ProU團隊開發(fā)的基于RTOS和Microsoft Window的實時視覺引導(dǎo)系統(tǒng).我們將實現(xiàn)圖像采集的GigE協(xié)議遷移到實時系統(tǒng)。同時，圖像算法和對位計算也在實時系統(tǒng)上計算完成。通過與ProU WinPLC上同樣基于RTOS的運動控制模塊的實時交互，實現(xiàn)了振奮人心的快速、穩(wěn)定的視覺引導(dǎo)應(yīng)用。ProU winPLC的系統(tǒng)組成和功能如下圖：

　　從整個視覺引導(dǎo)的過程來看，從拍照命令開始、相機的驅(qū)動調(diào)用、圖像傳輸、查詢完成、圖像處理、通訊、運動控制各個環(huán)節(jié)都需要Windows介入，這是導(dǎo)致系統(tǒng)延遲的根源。通過大量的實驗和數(shù)據(jù)分析，我們記錄了因為Windows介入可能產(chǎn)生的延時的環(huán)節(jié)。對比ProV RT來說，整體的執(zhí)行時間會變長，同時不確定性增加。而圖像傳輸與處理這些固定的時間開銷繼續(xù)存在。整個流程的分析如下圖：

　　通過具體的案例能夠更清晰的看到，ProV RT相對于傳統(tǒng)基于Microsoft Windows操作系統(tǒng)解決方案的區(qū)別。

　　winPLC控制器通過EtherCAT總線控制3臺雷賽閉環(huán)步進，一臺大恒500MP/GigE接口的工業(yè)相機與winPLC上的ProV RT模塊連接。

　　winPLC同時完成視覺對位和運動控制，應(yīng)用到常見的如卡尺、Blob等圖像工具，圖像處理和傳輸都在實時系統(tǒng)(RTOS)中完成。用戶在ProV RT平臺上通過拖拽框圖可以實現(xiàn)圖像處理與對位計算，并將計算結(jié)果傳遞給ProU平臺上的運動控制模塊。

　　作為對比，我們使用H圖像算法庫和G運動控制板卡，實現(xiàn)同樣的圖像算法和運動控制。數(shù)據(jù)對比如下：

　　連續(xù)圖像傳輸和處理約2000次(如上圖)，ProVRT的平均耗時約縮短10%。而更明顯的區(qū)別在于執(zhí)行周期的穩(wěn)定性上，在上圖中能夠明顯看到，基于Windows視覺執(zhí)行周期的數(shù)個尖峰，最長的執(zhí)行周期達到540ms。

　　而對于完整的測試——連續(xù)視覺引導(dǎo)對位2000次(如上圖)。

　　ProV RT的執(zhí)行效率約提高20%，最大的差異還是在執(zhí)行周期的穩(wěn)定性上，基于Windows的運動控制和視覺在某些周期會產(chǎn)生最長1080ms的延遲。

　　對于追求高速、穩(wěn)定執(zhí)行周期的機器來說，長達1s的延遲帶來的可能是機器停頓、良率下降、工藝驗

　　證失敗等實際發(fā)生的問題。

　　值得一提的是，ProV RT是開放的實時視覺平臺，圖像算法公司可以將自己的圖像算法放在ProVRT中執(zhí)行，并直接調(diào)用ProU中的運動控制模塊。目前，ProV RT已經(jīng)在數(shù)個如高速表面貼裝、基于視覺伺服技術(shù)的精密組裝等多個有極端性能和穩(wěn)定性要求的場景展示了獨特的價值。

　　對于大部分自動化設(shè)備來說，ProV RT所提供的性能和價值不是顯而易見的。然而，面對世界周遭的波濤洶涌,靜下心來對極致性能孜孜不倦的追求是ProU團隊的目標(biāo)。