在很多高速的自動(dòng)化應(yīng)用中，對(duì)機(jī)器視覺與運(yùn)動(dòng)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(shí)間段內(nèi)獲取圖像、處理圖像，又要求將結(jié)果與運(yùn)動(dòng)控制在確定的循環(huán)周期內(nèi)交互數(shù)據(jù)。

　　為了確保實(shí)現(xiàn)這一過程，并不適合使用像Windows這樣的操作系統(tǒng)，因?yàn)檫@樣的操作系統(tǒng)中包含能引入無限延遲的內(nèi)部機(jī)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(huì)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(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)需要引入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)。不同于Windows這樣的操作系統(tǒng)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)者能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)系統(tǒng)抖動(dòng)——開始和完成任務(wù)的時(shí)間，如圖像采集、處理和I/O控制。雖然實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)圖形用戶界面等功能，同時(shí)利用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)一些對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)苛的任務(wù)。

　　ProV Real-Time(簡(jiǎn)稱ProV RT)是ProU團(tuán)隊(duì)開發(fā)的基于RTOS和Microsoft Window的實(shí)時(shí)視覺引導(dǎo)系統(tǒng).我們將實(shí)現(xiàn)圖像采集的GigE協(xié)議遷移到實(shí)時(shí)系統(tǒng)。同時(shí)，圖像算法和對(duì)位計(jì)算也在實(shí)時(shí)系統(tǒng)上計(jì)算完成。通過與ProU WinPLC上同樣基于RTOS的運(yùn)動(dòng)控制模塊的實(shí)時(shí)交互，實(shí)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(gè)視覺引導(dǎo)的過程來看，從拍照命令開始、相機(jī)的驅(qū)動(dòng)調(diào)用、圖像傳輸、查詢完成、圖像處理、通訊、運(yùn)動(dòng)控制各個(gè)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(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，我們記錄了因?yàn)閃indows介入可能產(chǎn)生的延時(shí)的環(huán)節(jié)。對(duì)比ProV RT來說，整體的執(zhí)行時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，同時(shí)不確定性增加。而圖像傳輸與處理這些固定的時(shí)間開銷繼續(xù)存在。整個(gè)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(duì)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(tái)雷賽閉環(huán)步進(jìn)，一臺(tái)大恒500MP/GigE接口的工業(yè)相機(jī)與winPLC上的ProV RT模塊連接。

　　winPLC同時(shí)完成視覺對(duì)位和運(yùn)動(dòng)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(shí)時(shí)系統(tǒng)(RTOS)中完成。用戶在ProV RT平臺(tái)上通過拖拽框圖可以實(shí)現(xiàn)圖像處理與對(duì)位計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果傳遞給ProU平臺(tái)上的運(yùn)動(dòng)控制模塊。

　　作為對(duì)比，我們使用H圖像算法庫和G運(yùn)動(dòng)控制板卡，實(shí)現(xiàn)同樣的圖像算法和運(yùn)動(dòng)控制。數(shù)據(jù)對(duì)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(shí)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(gè)尖峰，最長(zhǎng)的執(zhí)行周期達(dá)到540ms。

　　而對(duì)于完整的測(cè)試——連續(xù)視覺引導(dǎo)對(duì)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(yùn)動(dòng)控制和視覺在某些周期會(huì)產(chǎn)生最長(zhǎng)1080ms的延遲。

　　對(duì)于追求高速、穩(wěn)定執(zhí)行周期的機(jī)器來說，長(zhǎng)達(dá)1s的延遲帶來的可能是機(jī)器停頓、良率下降、工藝驗(yàn)

　　證失敗等實(shí)際發(fā)生的問題。

　　值得一提的是，ProV RT是開放的實(shí)時(shí)視覺平臺(tái)，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(yùn)動(dòng)控制模塊。目前，ProV RT已經(jīng)在數(shù)個(gè)如高速表面貼裝、基于視覺伺服技術(shù)的精密組裝等多個(gè)有極端性能和穩(wěn)定性要求的場(chǎng)景展示了獨(dú)特的價(jià)值。

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