朱志偉

（武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430205）

一、基于工業(yè)機(jī)器視覺的控制系統(tǒng)的集成開發(fā)簡(jiǎn)述

隨著工業(yè)智能化升級(jí)改造，機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)日益廣泛。本文所述的基于機(jī)器視覺的控制系統(tǒng)集成開發(fā)基本要求，包括圖像采集、圖像識(shí)別、信息上傳、控制與顯示輸出等。具體如下：圖像采集，用工業(yè)相機(jī)采集對(duì)象上的字符串信息，并把圖像傳送給PC機(jī)；圖像處理，用視覺處理軟件相關(guān)算法程序識(shí)別圖像上的字符串，并把識(shí)別結(jié)果保存；信息上傳，PC機(jī)通過以太網(wǎng)接口把識(shí)別的字符串信息傳送給遠(yuǎn)程PLC控制器，同時(shí)PC機(jī)通過RS232串口傳送給單片機(jī)；控制輸出，PLC控制器依據(jù)接收字符串信息輸出相應(yīng)的控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以完成對(duì)應(yīng)的控制任務(wù)；信息顯示，單片機(jī)依據(jù)接收字符串信息，完成相應(yīng)的信息顯示。

二、基于工業(yè)機(jī)器視覺的控制系統(tǒng)的主要組成

基于工業(yè)機(jī)器視覺的控制系統(tǒng)有硬件和軟件兩個(gè)部分構(gòu)成。其主要配置及功能如下：Basler工業(yè)相機(jī)及Myutron工業(yè)相機(jī)鏡頭，幀率60幀/秒、分辨率1280*1024、千兆網(wǎng)口，可變光圈，作用為圖像采集；高性能計(jì)算機(jī)一臺(tái)，運(yùn)行字符串識(shí)別算法，支持以太網(wǎng)和RS232串口通信，作用為圖像識(shí)別和信息上傳；一臺(tái)S7-1500 PLC主控制器，帶2個(gè)PN口支持TCP協(xié)議，接收計(jì)算機(jī)上傳的字符串信息，作用為控制器通信、控制算法和控制輸出；單片微型計(jì)算機(jī)一個(gè)，帶RS232串口，接收來自計(jì)算機(jī)上傳的字符串信息，作用為信息顯示等。

三、機(jī)器視覺識(shí)別字符串程序開發(fā)

HALCON軟件是MVtec公司開發(fā)的應(yīng)用廣泛的機(jī)器視覺集成開發(fā)環(huán)境，擁有一套完善標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器視覺算法包。所以，本項(xiàng)目使用HALCON機(jī)器視覺處理軟件，開發(fā)設(shè)計(jì)圖像采集和字符串識(shí)別算法。字符串識(shí)別算法主要有2個(gè)任務(wù)：圖像采集和圖像識(shí)別。圖像采集算法：打開工業(yè)相機(jī)并采集對(duì)象上的字符串信息，并把采集到的圖像信息通過以太網(wǎng)傳送給計(jì)算機(jī)，用到HALCON算子open_framegrabber、grab_image_start、grab_image_async、close_framegrabber。圖像識(shí)別算法：把采集到的彩色圖片Image，用rgb1_to_gray算子變換成單通道灰度圖GrayImage；用threshold算子閾值分割圖像，得到面域Region；用填充算子fill_up_shape把洞補(bǔ)上，得到填充域RegionFillUp；用connection算子使連通域斷開，得到ConnectedRegions；用select_shape算子根據(jù)特征值選擇區(qū)域，得到DestRegions，字符串中的每一個(gè)字符為一個(gè)目標(biāo)區(qū)域；用sort_region算子根據(jù)區(qū)域的相對(duì)位置對(duì)DestRegions進(jìn)行排序，得到SortedRegions；用count_obj算子得到SortedRegions中字符的數(shù)量；用read_ocr_class_mlp和do_ocr_multi_class_mlp算子，識(shí)別Sorted Regions中的字符串，并保存在Class數(shù)組中。因?yàn)镠ALCON軟件算法豐富且使用靈活，故本項(xiàng)目所采用算法并非唯一，程序也可以繼續(xù)優(yōu)化改進(jìn)。

四、用HALCON算子實(shí)現(xiàn)與PLC控制器的以太網(wǎng)通信

用HALCON算子完成圖像處理后，識(shí)別字符串信息存放在Class數(shù)組中，需要上傳給PLC控制器，供PLC的控制程序使用。用HALCON算子實(shí)現(xiàn)與PLC控制器的以太網(wǎng)通信，主要過程如下：在計(jì)算機(jī)端，用HALCON算子open_socket_connect連接遠(yuǎn)程PLC，采用TCP4協(xié)議通信，再用send_data算子把識(shí)別后的字符串?dāng)?shù)據(jù)發(fā)送給PLC；在遠(yuǎn)程PLC端，用開放式用戶通信TRCV_C程序模塊建立網(wǎng)絡(luò)連接并接收來自計(jì)算機(jī)端的字符串?dāng)?shù)據(jù)。PLC以太網(wǎng)通信TRCV_C模塊的CONNECT參數(shù)設(shè)置：數(shù)據(jù)類型TCON_IP_v4，硬件標(biāo)識(shí)符InterfaceId=64（據(jù)實(shí)），ID=1，協(xié)議ConnectionType=11（TCP/IP），主動(dòng)建立ActiveEstablished=false，遠(yuǎn)程IP地址及端口不填，本地端口LocalPort=502。

五、用HALCON算子實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的串口通信

用HALCON算子完成圖像處理后，同時(shí)將Class數(shù)組識(shí)別字符串信息發(fā)送給單片機(jī)，供單片機(jī)完成信息顯示使用。用HALCON算子實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的串口通信，具體過程如下：在計(jì)算機(jī)端，用HALCON算子open_serial打開一個(gè)串口，再用算子set_serial_param設(shè)置串口參數(shù)，使用算子write_serial把識(shí)別后的字符串?dāng)?shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，最后用算子close_serial關(guān)閉串口；在單片機(jī)端，用戶可自行編寫串口數(shù)據(jù)接收程序，接收來自計(jì)算機(jī)端的字符串?dāng)?shù)據(jù)。本項(xiàng)目串口通信參數(shù)為：波特率9600，數(shù)據(jù)位8，無奇偶效驗(yàn)，停止位1等。如果某些智能設(shè)備支持MODBUS RTU協(xié)議，計(jì)算機(jī)端HALCON算子write_seria可以按照協(xié)議數(shù)據(jù)格式發(fā)送數(shù)據(jù)，智能設(shè)備就可以接收到需要的數(shù)據(jù)。

六、總結(jié)和展望

HALCON軟件包含了各類濾波、數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換、型態(tài)學(xué)計(jì)算分析、校正、分類辨識(shí)、形狀搜尋等基本圖像計(jì)算功能，只要用到圖像處理的地方，就可以使用HALCON軟件強(qiáng)大的計(jì)算分析能力來完成。本文基于機(jī)器視覺的字符串識(shí)別及通信實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目，重點(diǎn)闡述了HALCON軟件的字符串識(shí)別、以太網(wǎng)通信和串口通信等相關(guān)算法在實(shí)際項(xiàng)目中的運(yùn)用，是一次把機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制的探索與實(shí)踐。