PLC 跟其他裝置連結 ? HMI、PC、伺服、機器視覺.....

PLC 跟其他裝置連結 ? HMI、PC、伺服、機器視覺.....


PLC連結HMI其實已經非常多人用，
也不會有特別的問題就照著設定。

但連接其他PC、伺服、機器視覺，就突然遇到瓶頸了。

回到HMI的設定中，其實就包含了，設定其他裝置所需要的知識。
只是您可能沒注意到。

其實有兩個要注意，及設定的項目：
1.硬體
2.通訊協定

工業相機 和 一般相機有什麼不同

在機器視覺快速發展的今天，
工業相機做為機器視覺的核心組件已經得到廣泛的應用，
但是很多初學者還是搞不清楚究竟工業用相機與我們平常所使用的數位相機有何區別。

1.工業用相機快門時間非常短，可以拍快速運動的物體。
例：把名片貼在電風扇葉片上，以最大速度旋轉，然後用工業相機抓拍一張圖，
仍可以清辨別名片上的字體。用一般相機來拍攝是不可能達到這樣的效果。

2.感光元件是逐行掃描的，而一般相機的感光元件是隔行掃描，
有些甚至是隔三行掃描的。
逐行掃描的感光元件比產比較困難，良率低，出貨量也少。
世界上只有少數幾個公司能夠提供這類的產品，
例：Dalsa、Sony。而且價格昴貴。
百萬相素逐行掃描的感光元件CCD的價格，從幾萬元，到幾十萬元不等。

3.拍攝速度遠高於一般相機
工業相機每秒可以拍攝十張到幾百張的圖片，
而一般相機只能拍攝2-3張，相差太多。(一般相機多了高速取像，也是有限制的的

4.輸出的是裸數據(RAW DATA)，其光譜範圍也往往比較寬，
比較適合進行高質量的影像處理算法。

5.可提供二次開發包，也就是工業相機的源代碼，
方便客戶進行二次開發，方便嵌入自已的程式中。

6.長時間工作穩定性高，工業相機的元件選擇要求高，生產技術要求嚴格，
一般可適應惡劣環境下工作，7*24小時長時間工作不會出現問題。

以上六大特點就可以看出工業相機與一般數位相機的不同之處，
當然工業相機的優勢也不是從以上幾點就可以完全表達，
需要自身去使用，才會了解。

視覺檢測系統-多張影像對位

如下圖，因為待測物過大，所以要取兩次像，來決定偏差的角度。

















可以得到的數據有
影像1.X，影像1.Y (+10,-5  )
影像2.X，影像2.Y(-1,+10)
兩個影像之間的距離，(L=100)
求待測物的旋轉角度???

解：

利用直角三角形的定理，可以求得角度。
A=兩個影像間移動的距離 L + 影像1.X - 影像2.X = 100+10-(-1)=111
B=影像1.Y-影像2.Y=-5 - (+10)= -15

有鄰邊 跟 對邊的值，可以求得旋轉角度
TANθ = 對邊/鄰邊
ATAN(對邊/鄰邊) = 得  旋轉角度 θ

得到旋轉角度後，可以去偏轉我們的加工程式，或是把待測物，反轉回來0度的位置加工。

視覺檢測系統-光源x鏡頭擺放

逆光照相，臉會黑，不清楚，幾乎是常識了，
所以了，在做視覺檢測時，光源的擺放位置，
跟鏡頭的關系，幾乎決定取相的成敗。

所以都不能逆光來擺置光源嗎??

NO，有一些視覺檢測，就是要檢測外形，
那時候要取的就是輪廓，反而不要細節，
所以沒有一種萬用的擺設方式，
全看你的需求而定。


======以下資料取自台達DMV手冊===========================

1.暗場打光(Dark field lighting): 平滑處影像較暗 
CCD 攝影機與鏡頭配置未於同軸狀態，且彼此夾角非直角情形。利用物體表面的不平滑區散射情形而取得影像光線，而物體平滑區域會產生直角反射而造成光線未進入 CCD，因此平滑面區域影像較暗，而不平滑區域則較亮。

2. 亮場打光(Bright field lighting): 平滑處影像較亮 
CCD 攝影機與鏡頭配置於同軸狀態，且彼此夾角約為直角情形。此時物體表面的平滑區域因反射光線直接送入 CCD 中，因此平滑區域會特別明亮，而不平滑區域因散射而光線無法進入 CCD 中而較暗。所以亮場和暗場打光兩者間為明/暗影像的反轉關係，但亮場打光也需注意反射光過度明亮而造成反光問題。

3. 正面打光(Front lighting): 
較為常見的打光方式，一般以環形光或條形光方式，適用於一般物體表面影像的取得。由於環形光的安裝角度不同，因此對於陰影的表現也會產生不同的效果。另外對於較高反射性物體，搭配擴散片或採用擴散柔化系列，也有助於清楚影像的取得。

4. 側面打光(Oblique lighting): 
對於凸起的物體，於側面打光時，可產生側邊陰影。讓影像產生如 2.5D 浮起之效果。一般環形光源也提供如 0°、30°、60°、90°度等各種不同照射角度，選擇 0°、30°即可達成側面打光的需求。 所以物體執行邊緣量測時，要儘量避免側面打光的情形，以減少陰影造成邊緣位置量測的誤差。

5. 同軸打光(Coaxial lighting): 
依光源於鏡頭內部或外部而區分為內同軸及外同軸，當中利用分光鏡於物體上產生柔化的光場，可避免影像的反光或炫光。適合於高反射率之物體，如鏡面或金屬物質。

6. 背面打光(Back lighting): 
利用物體對光線的遮蔽，可清楚取得物體輪廓，但同時也失去表面的特徵。一般用來量測物體尺寸、定位或破裂檢測之需求。

視覺檢測系統-鏡頭x視野x解析度

現在每個人都有照相手機，800萬畫素，1200畫素，
你或許會知道  長 x寬 的畫素=總畫素。

例：800萬畫素=3360 x 2460 = 8,265,600畫素

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但每個畫素代表的長x寬距離為何(um/pixel)?


這時候就是看我們設定的視野範圍多少了?

如果我們的物體大小(觀測物/區域) =10mm x 10mm
最大偏差的範圍=50mm (就是xy有機會偏移50mm以內)

最大+x=5+50=55mm
兩邊55x2=110mm

所以我們所需的視野，最小=110x110 mm


把我們CCD的畫素/視野=每個畫素的大小(um/pixel)

以80萬畫素的鏡頭為例：1024X768=80萬素
110mm /1024 pixel=  0.107 mm/pixel
110mm/ 768 pixel= 0.143mm/pixel

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還有一個就是鏡頭跟代測物的距離(工作距離)，這個距離會跟我們的視野大小息息相關。
從我們手機變焦就可以知道，
當距離變遠時，相機畫素不變，視野變大，所以解析度(um/pixel)變大，變粗。

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取自台達DMV型錄

由於攝影機  & 鏡頭都是有固定的規格，所以不同能隨我們所需任意調整，
所以當我們算出我們要的  
1. 解析度(um/pixel)  2.視野大小 3.工作距離

再依廠商提供 攝影機 +鏡頭 來搭配我們所需的組件。
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廠商也知道要我們去搭配 「 攝影機 +鏡頭 」有困難，所以都提供好表格，
可以依表格來挑選。

取自 台達DMV手冊

Dis=工作距離(distance) R表示延伸環大小(ring)

視覺檢測系統-常見的視覺系統種類

常見的視覺系統種類：

1.PC+影像擷取卡+CCD+鏡頭+光源+影像軟體：

這是最常見的種類，我遇過的視覺系統有90%以上都是這種。

優點：
可以自已調整/擴充/編寫 軟體功能，做出差異化，
PC可以整合生產資料，連線其他設備。

缺點：
需要會寫程式語言。(對電控而言，有點難)



2.一體式的視覺系統：
一體式視覺系統+CCD+鏡頭+光源
KEYENCE的


台達的

都是一台主機就可以取代PC+影像擷取卡+影像軟體。

優點：
PLC電控人員就可以去設定。不需寫程式語言。
相對PC較穩定。

缺點：
價格貴
功能受限於主機內部的功能，擴充/修改 不易


註：以上的優缺是從PLC電控人員的角度來寫的。

視覺檢測系統-跟PLC之間的基本關系

以最簡單的三軸移載機構來說明，視覺檢測系統跟PLC之間的連結關系。

以上圖的機構為例：
是要把物品從A，抓取上升後，移到B位置放下。
正常情形下，物品在A位置，都可以吸料成功。

但如果物品的位置不對，吸料可能就會失敗，
機台就停止了，需要人員來排除。
這種情形在機構手臂也是相同。(所以沒有視覺的機械手的死的

如果我們在A的物品上方，架設CCD鏡頭，來做視覺檢測-定位功能，
是有何不同?

當要下降吸料前，CCD鏡頭，先取像一次，來觀查物品的偏移中心，及角度。
回傳給PLC。

基本上這就完成了，最基本的視覺檢測-定位功能。
對PLC而言，原本的A點位置，要跟視覺CCD的中心點相同。
如果不同，兩者中心偏差(+10，Y-4)    註：從A點相對於CCD中心的偏移值。
程式要修改成
MOVE(D1+D3+[+10]，D2+D4+[-4])

其實視覺檢測，在PLC端並沒有這麼難，只要了解到其中的相對關系，及原理。

視覺檢測系統-基本認識-1

自動光學檢查（英文：Automated Optical Inspection，簡稱AOI），為高速高精度光學影像檢測系統，運用機器視覺做為檢測標準技術，作為改良傳統上以人力使用光學儀器進行檢測的缺點，應用層面包括從高科技產業之研發、製造品管，以至國防、民生、醫療、環保、電力…等領域。
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以上是wiki說明，看了之後，就知道如應該用!?

簡單來說，視覺檢測系統，大多應用在兩個方面，
1.檢測物品的外觀，跟正常良品比對，來判斷OK/NG。
就跟大家常玩的「大家來找碴」兩張圖片找出不同的地方，一樣意思，
有一張是良品圖片，另一個是現在加工完成後的成品圖，來比對，
假設都相同，表示OK。
如果有地方不同，就NG。

以上圖片取自台達DMV手冊

2.對位/定位使用
常見的是PCB上，要對「+」MARK來判斷PCB的中心及角度，才能後續加工。
也有些情形，沒辨法使用機構推擠來定位，
或是面板上要貼膜。

左圖為原始，右圖為目前檢測物，有XY中心點偏移 及 角度差。

還有更多的使用方式，後續會再一一介紹。