什么是NI视觉系统?

NI视觉系统由数据采集相机和用于图像处理和I/O操作的控制器组成。 NI提供了各种可用作为视觉系统控制器的产品。 每种产品都有其独特的功能,适用于不同的应用。 其中部分差异在于处理性能、相机连接与I/O选项。 本文提供了相关产品介绍及其如何应用于视觉系统中。

1. NI工业控制器
NI工业控制器是高性能的无风扇控制器,提供了最高级别的处理能力和连接性,适用于极端环境的自动化图像处理和控制应用。

图1. NI工业控制器可连接GigE Vision与USB3 Vision相机。

图1. NI工业控制器可连接GigE Vision与USB3 Vision相机。

这些控制器搭载了最新的Intel Core处理器与Xilinx Kintex-7 FPGA,可进行FPGA图像协处理,适合高性能的机器视觉应用。 NI工业控制器可连接GigE Vision与USB3 Vision相机。 此外还提供了用于双屏人机界面(HMI)的DisplayPort、工业通信端口与工业数字I/O,以便用户使用LabVIEW FPGA模块来进行自定义。 NI工业控制器采用GigE Vision标准,因而具有高级同步功能,例如基于以太网总线的确定性相机触发以及使用简易的API将分类/淘汰系统的视觉检测结果紧密同步的队列脉冲支持。 NI工业控制器提供了丰富的相机连接与高处理性能,可帮助您解决视觉应用的高带宽和低延迟需求。

2. Compact视觉系统
Compact视觉系统(CVS)是一种坚固耐用的自动化控制器,在小巧的外形结构中结合了相机连接、开放式通信与基于FPGA的I/O。 CVS专门用于实时采集并处理来自多个相机的图像,并且提供出色的灵活性、集成度与坚固性,适合多种工业级检测、校准与OEM视觉应用。

2. CVS可连接到多种GigE Vision与USB3 Vision相机

2. CVS可连接到多种GigE Vision与USB3 Vision相机。

CVS搭载了Intel Atom处理器,且兼容GigE Vision或USB3 Vision相机。 系统包含了实时显示、工业通信端口以及可通过LabVIEW FPGA模块进行自定义的工业数字I/O。 与工业控制器相似,NI CVS-1457RT和NI CVS-1458RT也具有高级同步功能,例如基于以太网总线的确定性相机触发以及使用简易的API将分类/淘汰系统的视觉检测结果紧密同步的队列脉冲支持。 借助NI CVS,您就可获得所需的灵活性、机型、性能与功能来满足最棘手的视觉应用需求。

3. CompactRIO
CompactRIO控制器采用了最新的Intel Atom处理器与Xilinx Kintex-7 FPGA, 提供了与GigE Vision和USB3 Vision相机的连接选项,且可向后兼容USB 2.0。

图3. CompactRIO结合了USB与Gigabit以太网相机连接选项和模块化I/O

图3. CompactRIO结合了USB与Gigabit以太网相机连接选项和模块化I/O。

该处理器运行的是确定、可靠的NI Linux Real-Time操作系统,可实现网络通信、数据记录、控制和处理等应用。 用户可编程的FPGA使您能够自定义开发硬件来实现高速控制、在线数据处理或复杂的定时和触发。 此外,FPGA也能用于FPGA图像协处理,可减少延迟与处理时间,使相机可用作为闭路控制应用的输入。 CompactRIO控制器也提供了多个插槽来集成数百个C系列I/O模块,使得I/O和传感器连接功能可轻松集成到视觉系统中。

4. 坚固的组成结构
NI工业控制器、CVS 与CompactRIO控制器采用无风扇设计,提供了固态硬盘驱动与更宽的工作温度范围,这不仅能降低维护需求,还可提高稳定性,从而可满足制造与嵌入式视觉应用的严苛需求。 确定的NI Linux Real-Time操作系统还可提高系统的运行可靠性,无需像Windows系统那样经常需要IT部门进行更新和干预。

图4. NI工业控制器、CVS与CompactRIO控制器在小巧坚固的封装中提供强大的处理性能

图4. NI工业控制器、CVS与CompactRIO控制器在小巧坚固的封装中提供强大的处理性能。

除了坚固性之外,尺寸也是工业与嵌入视觉应用考量的一个主要机械因素。 这些产品以小巧的封装集成了所有的功能,减少了制造与嵌入式系统的占用空间。

5. 庞大的软件生态系统
NI工业控制器、CVS与CompactRIO控制器均基于LabVIEW可重配置I/O(RIO)架构,可通过熟悉的LabVIEW开发环境进行编程。

图5. LabVIEW RIO架构结合实时处理器与FPGA来连接传感器和I/O。

图5. LabVIEW RIO架构结合实时处理器与FPGA来连接传感器和I/O。

NI Linux Real-Time操作系统可帮助开发人员利用Linux社区提供的庞大软件生态系统进行创新。 此外,NI Linux Real-Time操作系统可支持Eclipse开发环境,使得工程师能够重复利用现有的C/C++代码或开发技能。 现在工程师也可以把代码库集成至LabVIEW Real-Time应用程序中,甚至可以自行开发独立的可执行文件,直接连接LabVIEW FPGA应用程序。 此外,工程师可根据任务需求和自身的技能选择最合适的工具,灵活进行开发。

6. 相机连接
这些系统支持各种图像传感器类型,包含红外线(热)、线扫描、彩色、面扫描与3D激光三角测量等传感器。

图6. CVS提供了USB 3.0与Gigabit以太网相机的连接选项。

图6. CVS提供了USB 3.0与Gigabit以太网相机的连接选项。

NI工业控制器与NI CVS-1459RT均可通过两个专用USB 3.0端口提供同时支持多个相机,专用USB 3.0端口为所有兼容USB3 Vision的相机提供了完整的USB SuperSpeed带宽。 NI控制器、CompactRIO与NI CVS-1457RT都可通过独立的Gigabit以太网端口同时支持多个兼容GigE Vision的相机。 通过这些相机连接选项,用户就可以使用各种图像传感器类型,包含红外线(热)、线扫描、彩色、面扫描与3D激光三角测量等传感器。 NI工业控制器与CompactRIO控制器采用GigE端口以太网供电(PoE)技术,可通过以太网总线为相机供电,进一步减少系统复杂度与连线需求。

搜索相机网络,查看系统可兼容的相机。

7. 实时显示器和HMI
通过内置的VGA连接端口和DisplayPort,NI视觉系统可输出检测过程中的实时图像与合格/淘汰结果。 您可以通过编程修改所有用户可定义的图像覆盖,自定义创建用户显示画面。

图7. HMI上的自定义实时显示界面。

图7. HMI上的自定义实时显示界面。

此外,任何Windows 7或Windows Embedded 7触摸计算机上的网页浏览器都可作为操作界面来选择检测项目、更新参数或调节新零件。 NI视觉软件提供了更多功能,可进一步自定义CVS的HMI。

8. 工业通信与I/O
NI工业控制器与CVS都配备24个可重配置数字I/O通道:8个5-24 VDC隔离输入通道、8个5-24 VDC隔离输出通道、8个双向TTL通道,以及2个可作为正交编码输入的双向差分RS422通道。 这些通道具有内置的功能来生成选通脉冲、触发及数字通道读写信号。 通过这些信号,您就可灵活地控制照明或相机、同步传送带或是将可编程逻辑控制器(PLC)集成到NI CVS中。

NI工业控制器、CVS与CompactRIO控制器也支持Vision RIO API,使用户可轻松配置队列或脉冲。 因此这些控制器提供了一个可靠的硬件定时方法,以便利用外接I/O (比如输送带与淘汰系统)紧密同步视觉检测结果。

此外,系统还可以使用Ethernet/IP、RS232/RS485、Modbus串行、Modbus/TCP等工业协议来传送指令与数据给其他设备,比如PLC与操作界面。 通过企业连接功能,您还可监测检测结果、查看图像或是把数据储存在数据库中进行统计过程控制。 这些系统还配备了用于网络连接的专用Gigabit以太网端口、用户可选的RS-232/RS-485串行端口以及两个用于外接数据存储器的高速USB连接端口。

9. 基于LabVIEW FPGA的灵活I/O
NI工业控制器与CVS上的数字I/O通道以及CompactRIO内的C系列模块都可直接连接至可重配置FPGA。 如果应用需求包含了专用定时或自定义I/O行为,则可使用LabVIEW FPGA来重新配置数字I/O通道以实现更多功能,比如自定义触发、定时、PWM输出、自定义数字协议与高速计数器等。

LabVIEW FPGA模块将LabVIEW图形化开发平台扩展至FPGA,使得用户能够使用其他底层软件工具与硬件描述语言(HDL)轻松地编写I/O接口与数据通信机制, 这样您便可更高效和有效地在NI CVS系统上自定义FPGA。

10. 软件
近20年来,NI视觉软件提供了一个全面的成像函数库来帮助您开发各种图像采集与处理应用。 您可以结合视觉开发模块使用LabVIEW 系统设计软件或直接使用用于视觉检测的NI视觉生成器(Vision Builder AI)来编程NI工业控制器与CVS。 CompactRIO设备必须使用LabVIEW与视觉开发模块进行编程,因为配置C系列I/O模块需要额外的功能。 总之,LabVIEW视觉开发模块与Vision Builder AI都有助于实现以下功能:

  • 利用数百个图像处理算法
  • 根据多个检测结果作出决策
  • 通过可自定义的部署界面查看结果
  • 使用I/O与工业通信协议来传输结果
  • 图8. (a) Vision Builder AI配置界面(b) LabVIEW Project Explorer、前面板和程序框图

    图8. (a) Vision Builder AI配置界面
    (b) LabVIEW Project Explorer、前面板和程序框图

    LabVIEW与视觉开发模块适用于所有NI视觉硬件产品。 所以您只需学习一组视觉软件,这样就可大幅降低维护系统或开发新应用的时间并成本,并可自由地选择适合每个应用的硬件,比如工业控制器、CVS或CompactRIO控制器。 所有NI视觉软件都随附视觉采集软件,视觉采集软件是一组用于IEEE 1394、GigE Vision、USB3 Vision相机的驱动程序,可结合其他NI视觉硬件支持各种不同的相机。

    图9. NI视觉软件支持所有NI视觉硬件。

    图9. NI视觉软件支持所有NI视觉硬件。

    文章来源:NI官网