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機器視覺，貝加萊何以不同？

文：貝加萊工業自動化（中國）有限公司2025年第四期

摘要 :在電子制造業中，越來越多生產系統采用視覺應用，但自動化和視覺技術似乎來自兩個不同的世界，由此也帶來很多應用難題。本文重點介紹了貝加萊多層級集成視覺系統的特點以及完整的產品線。

1 機器視覺應用越來越廣泛（圖1）
電子制造業的強大生產能力，也創造出了機器視覺的 “經濟性”——越來越多生產系統采用視覺應用，也在于它的成本越來越低，且易用性不斷的提高，典型的應用場景包括以下幾種：
(1)產品品質保障：缺陷分析本身就是視覺應用的拿手好戲，它能夠同時給出多種標定分析；
(2)智能導引類：因為相機可以用于為機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，而無需額外的機械梳理機構；
(3)產品可追溯性：這里主要指各種條碼/QR碼等的識別和記錄；
(4) 最大化OEE：提高良品率，使得機器更高的可用性；
(5)視覺技術相較于其他光電、激光、色標等，具有更為廣泛的信息采集能力，它可以實現測量、比對、識別、計算中心等功能，且高維度數據賦予了更多的計算可能性，人們可以借助這些特征來感知生產中的問題和認知生產的狀態，并獲得改善的可能。

2 視覺應用的現狀

但自動化和視覺技術似乎來自兩個不同的世界，自動化更為關注控制的閉環，而視覺應用更多的強調計算的能力 ——就是獲取信息和判斷的能力。這些屬于跨學科的領域，一個在控制算法，一個更為強調光學和圖像。因此，在很長的時間里，這些分屬于兩個不同的領域，也同時帶來很多應用難題：
·“黑盒子”問題
機器制造商對機器的工藝控制比較熟悉，但圖像處理只能拿到一個“黑盒子”，他們無法對內部進行設計；
· 同步性問題

相對來說，機器視覺的識別在“實時性”方面并不像控制的周期性任務，這使得兩者在同步方面有很多困難，尤其是獨立的計算機集中的視覺處理系統，與傳統自動化系統間的同步是一個難題；
· 易用性難題
圖像處理的專業性，使得機器制造行業的自動化工程師們往往缺乏這一領域足夠的知識，也造成了集成過程的“未知”和“能力不足”帶來的不確定性。

3 貝加萊多層級的集成視覺

針對這些難題，貝加萊發揮自身自動化廠商的集成能力優勢，開創性地將視覺應用實現了多個層級的集成，這些集成包括三個層級：
首先，是集成視覺系統，貝加萊將光源、鏡頭、相機處理、通信接口集成于一體。這種集成降低了機器視覺作為一個系統本身就需要集成的難度；另外，統一的出廠前校準也使得現場維護更為方便，現場服務無需重新整定參數。
其次，是網絡集成，貝加萊的相機可以與PLC、運動控制系統、機器人、柔性輸送系統在同一網絡下作為一個“從站”被掃描，從站間還可以實現“交叉通信”——這意味著它們無需去主站協調，即可同步。
第三，是軟件的集成：貝加萊將機器視覺的庫與自動化的邏輯、運動控制、HMI任務都納入到Automation Studio 集成開發平臺上。這就使得自動化工程師可以在這里將視覺應用與其他自動化任務進行集成開發。并且，Automation Studio還可為機器視覺的AI應用提供配置和快速應用構建的能力。
貝加萊三個層級的集成視覺，橫跨了自動化和視覺技術兩大領域，將過去離散的世界“合二為一”，實現了更為高效的工程開發，以及集成帶來的內部最優化（圖2）。

4 完整的產品線

圖3則列示了貝加萊在視覺方面的全線產品組合，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，提升了系統在深度學習方面的能力。
(1)最大化的光源性能
· 4種光源顏色可實時切換；
· 集成的頻閃控制器，提供快速照明響應（1μs）；

· 光源可適配不同焦距鏡頭；
(2)整個光學系統的魯棒性
· IP67防護，可選的C口鏡頭與套管；
· 抗震動的膠合器件；
· 大像素尺寸及MTF優化的鏡頭；
· 通過拋光和鍍膜玻璃前端達到最小化的畸變；
· 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)靈活的傳感器參數整定面陣相機可同時提供線掃能力。
（4 ）貝加萊光源特性
光源是圖像處理的關鍵因素，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“對比度”，特征更為顯著的呈現。并且，光源控制器還有利于同步性——他們通過微秒級的網絡連接。

圖4是獨特的光源和光源控制器選項，考慮到光源在視覺工程應用中的重要性，貝加萊專門開發了這個光源系列作為一個獨立的單元，為集成的相機提供額外的高性能光源。
· 最高等級同步，脈沖間隔和上升時間同類最佳；
· 4種顏色LED以獲得最大對比度；
· 光源條角度可電子調節；
· 可配置的LED光；
· 易用性，僅需1根電纜；
· 供電，實時數據通信，觸發信號，通過M12混合連接器；
· 菊花鏈接線方式可串接至其它相機或光源組件。

5 強大的軟件功能

除了硬件之外，機器視覺的軟件集成是另一個對于工程應用來說至關重要的方面。在貝加萊Automation Studio中的 mappVision庫，提供了非常多的視覺應用能力，并且，它還能與mappView-HMI、mappMotion進行連接，實現同步性（圖5）。
視覺應用的軟件能力不僅包括軟件本身的庫，更重要的在于“工程”集成方面的“軟件能力”，其中包括：
(1)大量標準視覺功能塊（VF）
· 強大且極其靈活的使用；
· 自動化項目與視覺功能塊的過程變量可并行通信。
(2)在熟悉的編程環境下易于使用
· 靈活圖像處理；
· 所有參數可在無Automation Studio平臺時進行修改，并可保存配方在相機內。
(3)可在項目生成中檢查應用的最終質量
· 通過AS內嵌HALCON庫實現完整功能仿真；
· 自動通過XLS文件導出所有結果。
(4)基于深度學習的文本識別
無需訓練，不受字體影響（手寫或在雜亂背景中，如紋理或反射）。
(5)各種環境下的缺陷檢測
· 無需手動標定；
· 無需不良品圖片，僅需少量良品即可進行訓練。
(6)算法及基于HALCON深度網絡

· 在常規算法上加入深度學習，以獲得更好的產品質量；
· 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，構建一個集成視覺檢測的自動化應用，如機器人智能導引、缺陷識別及處理、條碼識別，以及產品即時輸送、缺陷與裁切處理等，集中體現在將視覺與即時處理的集成應用。

6 廣闊的應用潛能

如圖6，機器視覺為人們可滿足整個工廠各個環節的應用需求，其中包括產品的物流分揀、對象識別、分揀排序、對齊、幾何檢測、品質、文本/二維碼識別等等。