摘 要 :在電子制造業(yè)中，越來越多生產(chǎn)系統(tǒng)采用視覺應(yīng)用，但自動(dòng)化和視覺技術(shù)似乎來自兩個(gè)不同的世界，由此也帶來很多應(yīng)用難題。本文重點(diǎn)介紹了貝加萊多層級(jí)集成視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)以及完整的產(chǎn)品線。

1  機(jī)器視覺應(yīng)用越來越廣泛（圖1）
電子制造業(yè)的強(qiáng)大生產(chǎn)能力，也創(chuàng)造出了機(jī)器視覺的 “經(jīng)濟(jì)性”——越來越多生產(chǎn)系統(tǒng)采用視覺應(yīng)用，也在于它的 成本越來越低，且易用性不斷的提高，典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括 以下幾種：
(1)產(chǎn)品品質(zhì)保障：缺陷分析本身就是視覺應(yīng)用的拿 手好戲，它能夠同時(shí)給出多種標(biāo)定分析；
(2)智能導(dǎo)引類：因?yàn)橄鄼C(jī)可以用于為機(jī)器人提供撿 取的指引，以及為凌亂堆放的零配件提供抓取的指引，而無 需額外的機(jī)械梳理機(jī)構(gòu)；
(3)產(chǎn)品可追溯性：這里主要指各種條碼/QR碼等的 識(shí)別和記錄；
(4)  最大化OEE：提高良品率，使得機(jī)器更高的可 用性；
(5)視覺技術(shù)相較于其他光電、激光、色標(biāo)等，具有 更為廣泛的信息采集能力，它可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量、比對(duì)、識(shí)別、 計(jì)算中心等功能，且高維度數(shù)據(jù)賦予了更多的計(jì)算可能性， 人們可以借助這些特征來感知生產(chǎn)中的問題和認(rèn)知生產(chǎn)的狀 態(tài)，并獲得改善的可能。

2 視覺應(yīng)用的現(xiàn)狀

但自動(dòng)化和視覺技術(shù)似乎來自兩個(gè)不同的世界，自動(dòng) 化更為關(guān)注控制的閉環(huán)，而視覺應(yīng)用更多的強(qiáng)調(diào)計(jì)算的能力 ——就是獲取信息和判斷的能力。這些屬于跨學(xué)科的領(lǐng)域， 一個(gè)在控制算法，一個(gè)更為強(qiáng)調(diào)光學(xué)和圖像。因此，在很長(zhǎng) 的時(shí)間里，這些分屬于兩個(gè)不同的領(lǐng)域，也同時(shí)帶來很多應(yīng) 用難題：
·“黑盒子”問題
機(jī)器制造商對(duì)機(jī)器的工藝控制比較熟悉，但圖像處理只 能拿到一個(gè)“黑盒子”，他們無法對(duì)內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)；
· 同步性問題

相對(duì)來說，機(jī)器視覺的識(shí)別在“實(shí)時(shí)性”方面并不像控制 的周期性任務(wù)，這使得兩者在同步方面有很多困難，尤其是 獨(dú)立的計(jì)算機(jī)集中的視覺處理系統(tǒng)，與傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)間的 同步是一個(gè)難題；
· 易用性難題
圖像處理的專業(yè)性，使得機(jī)器制造行業(yè)的自動(dòng)化工程師 們往往缺乏這一領(lǐng)域足夠的知識(shí)，也造成了集成過程的“未 知”和“能力不足”帶來的不確定性。

3 貝加萊多層級(jí)的集成視覺

針對(duì)這些難題，貝加萊發(fā)揮自身自動(dòng)化廠商的集成能力 優(yōu)勢(shì)，開創(chuàng)性地將視覺應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了多個(gè)層級(jí)的集成，這些集 成包括三個(gè)層級(jí)：
首先，是集成視覺系統(tǒng)，貝加萊將光源、鏡頭、相機(jī)處 理、通信接口集成于一體。這種集成降低了機(jī)器視覺作為一 個(gè)系統(tǒng)本身就需要集成的難度；另外，統(tǒng)一的出廠前校準(zhǔn)也 使得現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)更為方便，現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)無需重新整定參數(shù)。
其次，是網(wǎng)絡(luò)集成，貝加萊的相機(jī)可以與PLC、運(yùn)動(dòng)控 制系統(tǒng)、機(jī)器人、柔性輸送系統(tǒng)在同一網(wǎng)絡(luò)下作為一個(gè)“從站”被掃描，從站間還可以實(shí)現(xiàn)“交叉通信”——這意味著它 們無需去主站協(xié)調(diào)，即可同步。
第三，是軟件的集成：貝加萊將機(jī)器視覺的庫(kù)與自動(dòng)化 的邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、HMI任務(wù)都納入到Automation Studio 集成開發(fā)平臺(tái)上。這就使得自動(dòng)化工程師可以在這里將視覺 應(yīng)用與其他自動(dòng)化任務(wù)進(jìn)行集成開發(fā)。并且，Automation Studio還可為機(jī)器視覺的AI應(yīng)用提供配置和快速應(yīng)用構(gòu)建的 能力。
貝加萊三個(gè)層級(jí)的集成視覺，橫跨了自動(dòng)化和視覺技術(shù) 兩大領(lǐng)域，將過去離散的世界“合二為一”，實(shí)現(xiàn)了更為高效 的工程開發(fā)，以及集成帶來的內(nèi)部最優(yōu)化（圖2）。

4 完整的產(chǎn)品線

圖3則列示了貝加萊在視覺方面的全線產(chǎn)品組合，包括各 種鏡頭、傳感器類型、鏡頭、安裝接口等豐富的組合形式。 此外，其中還包括了AI-SmartCamera系列，它支持AI加速 器的集成，提升了系統(tǒng)在深度學(xué)習(xí)方面的能力。
(1)最大化的光源性能
· 4種光源顏色可實(shí)時(shí)切換；
· 集成的頻閃控制器，提供快速照明響應(yīng)（1μs）；

· 光源可適配不同焦距鏡頭；
(2)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的魯棒性
· IP67防護(hù)，可選的C口鏡頭與套管；
· 抗震動(dòng)的膠合器件；
· 大像素尺寸及MTF優(yōu)化的鏡頭；
· 通過拋光和鍍膜玻璃前端達(dá)到最小化 的畸變；
· 可提供最佳照明（漫反射、偏振）的 濾光片；
· 可電子切換的紅外濾光片。
(3)靈活的傳感器參數(shù)整定    面陣相機(jī)可同時(shí)提供線掃能力。
（4 ）貝加萊光源特性
光源是圖像處理的關(guān)鍵因素，光源的均 勻性與高密度是必需的，以能夠獲得最好和 顯著的“對(duì)比度”，特征更為顯著的呈現(xiàn)。 并且，光源控制器還有利于同步性——他們 通過微秒級(jí)的網(wǎng)絡(luò)連接。

圖4是獨(dú)特的光源和光源控制器選項(xiàng)，考慮到光源在視覺 工程應(yīng)用中的重要性，貝加萊專門開發(fā)了這個(gè)光源系列作為 一個(gè)獨(dú)立的單元，為集成的相機(jī)提供額外的高性能光源。
· 最高等級(jí)同步，脈沖間隔和上升時(shí)間同類最佳；
· 4種顏色LED以獲得最大對(duì)比度；
· 光源條角度可電子調(diào)節(jié)；
· 可配置的LED光；
· 易用性，僅需1根電纜；
· 供電，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，觸發(fā)信號(hào)，通過M12混合連接器；
· 菊花鏈接線方式可串接至其它相機(jī)或光源組件。

5 強(qiáng)大的軟件功能

除了硬件之外，機(jī)器視覺的軟件集成是另一個(gè)對(duì)于工程 應(yīng)用來說至關(guān)重要的方面。在貝加萊Automation Studio中的 mappVision庫(kù)，提供了非常多的視覺應(yīng)用能力，并且，它還 能與mappView-HMI、mappMotion進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)同步性 （圖5）。
視覺應(yīng)用的軟件能力不僅包括軟件本身的庫(kù)，更重要的 在于“工程”集成方面的“軟件能力”，其中包括：
(1)大量標(biāo)準(zhǔn)視覺功能塊（VF）
· 強(qiáng)大且極其靈活的使用；
· 自動(dòng)化項(xiàng)目與視覺功能塊的過程變量可并行通信。
(2)在熟悉的編程環(huán)境下易于使用
· 靈活圖像處理；
· 所有參數(shù)可在無Automation Studio平臺(tái)時(shí)進(jìn)行修改， 并可保存配方在相機(jī)內(nèi)。
(3)可在項(xiàng)目生成中檢查應(yīng)用的最終質(zhì)量
· 通過AS內(nèi)嵌HALCON庫(kù)實(shí)現(xiàn)完整功能仿真；
· 自動(dòng)通過XLS文件導(dǎo)出所有結(jié)果。
(4)基于深度學(xué)習(xí)的文本識(shí)別
無需訓(xùn)練，不受字體影響（手寫或在雜亂背景中，如紋 理或反射）。
(5)各種環(huán)境下的缺陷檢測(cè)
· 無需手動(dòng)標(biāo)定；
· 無需不良品圖片，僅需少量良品即可進(jìn)行訓(xùn)練。
(6)算法及基于HALCON深度網(wǎng)絡(luò)

· 在常規(guī)算法上加入深度學(xué)習(xí)，以獲得更好的產(chǎn)品質(zhì)量；
· 推理硬件采用26TOPS的芯片。
貝加萊的軟件能力帶來的好處，主要是讓工程師能夠通 過快速的配置方式，構(gòu)建一個(gè)集成視覺檢測(cè)的自動(dòng)化應(yīng)用， 如機(jī)器人智能導(dǎo)引、缺陷識(shí)別及處理、條碼識(shí)別，以及產(chǎn)品 即時(shí)輸送、缺陷與裁切處理等，集中體現(xiàn)在將視覺與即時(shí)處 理的集成應(yīng)用。

6 廣闊的應(yīng)用潛能

如圖6，機(jī)器視覺為人們可滿足整個(gè)工廠各個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)用 需求，其中包括產(chǎn)品的物流分揀、對(duì)象識(shí)別、分揀排序、對(duì) 齊、幾何檢測(cè)、品質(zhì)、文本/二維碼識(shí)別等等。