基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统及其控制方法，系统包括：PC、图像检测装置、分拣装置、编码器组件、运动控制与IO扩展卡、运算加速卡和连续式皮带流水线。本发明专利技术采用多核多线程控制技术，实现图像数据采集、数据处理判断、分拣逻辑控制、人机界面等管控一体化实时控制。系统具有高速、实时、成本低、结构简单、扩展方便、编程灵活、软件移植性好、算法实现容易等优点。

Control system and control method of high-speed image detection and sorting production line based on PC

The invention discloses a PC-based high-speed image detection and sorting production line control system and its control method. The system includes PC, image detection device, sorting device, encoder module, motion control and IO expansion card, operation acceleration card and continuous belt pipeline. The invention adopts multi-core and multi-thread control technology, realizes real-time control of image data acquisition, data processing and judgment, sorting logic control, man-machine interface, etc. The system has the advantages of high speed, real-time, low cost, simple structure, convenient expansion, flexible programming, good software portability and easy algorithm implementation.

【技术实现步骤摘要】
基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统及其控制方法
本专利技术属于高速检测分拣生产线控制
，具体涉及一种基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统及其控制方法。
技术介绍
高速视觉检测分拣生产线在现代工业领域应用广泛，个人计算机(PC)在自动化系统中也得到广泛应用。通常，PC作为上位机，进行通信、存储、HMI、监控、管理等非实时工作；PLC、单片机、DSP等嵌入式计算机作为下位机，负责实时控制。若PC既进行管理、HMI、监控、通信，又进行控制，则称为基于PC的控制系统，目前也得到越来越多的应用。基于PC的控制系统通常安装通用操作系统和实时操作系统，分别进行非实时和实时任务开发。PC具有速度不断加快、多核化趋势、存储容量大、软件资源丰富、可视化编程容易、总线标准化程度高、联网方便、扩展方便、使用人群广等优点，加之智能传感器、智能执行器和现场总线的发展，使得没有实时操作系统情况下实现自动控制成为了可能。图像检测分拣高速生产线系统集数据采集、图像处理、人机界面、存储、逻辑控制、位置校正于一体，传统的上位机PC加下位机PLC的控制方式会导致结构复杂、成本高、扩展不方便、定位不准确、通信瓶颈带来实时性差可靠性低等问题。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统及其控制方法，本专利技术实现了控制系统的管控一体化，具有高速、实时、定位准确、结构简单、编程灵活方便、扩展容易、可实现大计算量等优点，可满足类似工业领域的应用需求。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一种基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统，包含：PC、图像检测装置、分拣装置、编码器组件、运动控制与IO扩展卡、运算加速卡和连续式皮带流水线；所述PC通过高速并行总线分别与运动控制与IO扩展卡和运算加速卡相连；所述PC通过高速串行总线与所述图像检测装置相连；所述运动控制与IO扩展卡分别与编码器组件、分拣装置及连续式皮带流水线相连；所述编码器组件的轴滚轮与连续式皮带流水线的皮带接触并随皮带的前进而滚动。优选地，系统运行时，所述轴滚轮与皮带之间同步运行。一种基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统的控制方法，基于上述系统，包括步骤如下：1)实时获取连续式皮带流水线上的图像检测数据；2)将上述图像检测数据进行处理；3)根据图像处理结果及编码器实时位置信号产生分拣逻辑信号；上述步骤1)中采用多核多线程控制方法、实时获取编码器长值EncL方法、每帧/幅图像纵坐标基准校正方法及消息响应图像处理方法；上述步骤2)中采用先进先出物料特性数据栈FIFOS缓冲方法及消息响应图像处理方法；上述步骤3)中采用多核多线程控制方法、实时获取编码器长值EncL方法及先进先出物料特性数据栈FIFOS缓冲方法；所述皮带流水线向单一方向运转，使得所要检测分拣的物料先经过图像检测装置位置后再经过分拣装置位置。优选地，所述方法还包括：PC计算任务过重而实时性达不到要求时，运算加速卡进行计算加速，保证控制实时性要求。优选地，所述多核多线程控制方法包括：图像采集线程、类PLC线程和主界面线程；所述图像采集线程进行如下操作：初始化后开始图像采集，不断循环扫描图像检测装置一帧/幅图像是否采集完成信号，当一帧/幅图像采集完成时，进行一次实时获取编码器长值EncL、高速批量读取当前一帧/幅图像数据、发出一帧/幅图像采集完成消息，继续不断循环扫描图像检测装置一帧/幅图像是否采集完成信号；图像采集帧频率或每幅图像采集频率根据连续式皮带流水线的速度设置，做到相邻帧/幅图像全覆盖流过的物料且少重叠或不重叠；所述类PLC线程进行如下操作：通过循环扫描方式进行实时获取编码器长值EncL和分拣逻辑控制；所述主界面线程具体包括：参数设置、人机界面、监控、控制启停数据采集线程和类PLC线程。所述图像采集线程、类PLC线程和主界面线程被程序设定运行于PC的多核处理器的不同物理核，以保证各线程运行互不干扰。优选地，所述实时获取编码器长值EncL方法包括：实时获取编码器长值EncL作为物料位置纵坐标值，并利用编码器长值EncL进行每帧/幅图像纵坐标基准校正；实时获取编码器长值EncL执行如下操作：在所述类PLC线程每个循环扫描周期内，首先进行一次当前编码器值Enc的读取，若该当前编码器值Enc小于常数C1，且上次扫描编码器值Enc_1大于字长最大值OV与C1之差，则两次扫描周期间发生了一次编码器数据上溢出，将编码器溢出次数OVC加1，用编码器溢出次数OVC、当前编码器值Enc和编码器字长最大值OV计算出当前编码器长值EncL，编码器长值EncL定义为64位无符号整数；编码器长值EncL作为图像、物料的纵坐标Y，纵坐标Y的单位与编码器脉冲当量一致，C1选小于字长最大值OV的一半。优选地，所述实时获取编码器长值EncL在类PLC线程的每次循环扫描中执行一次，在上述当一帧/幅图像采集完成时执行一次该处理期间停止，即所述类PLC线程和所述图像采集线程执行所述实时获取编码器长值EncL不同时进行，两者必居其一。优选地，在所述图像采集线程中，进行一次所述实时获取编码器长值EncL，该编码器长值EncL作为该帧/幅图像纵坐标基准，即为所述每帧/幅图像纵坐标基准校正，保证生产线长期连续运行而不会产生纵坐标累积误差。优选地，所述先进先出物料特性数据栈FIFOS缓冲方法具体包括：定义一个物料编号、纵坐标值、横坐标值、属性值的结构体类型MS，再定义一个元素的数据类型为结构体类型MS、适当深度的先进先出物料特性数据栈FIFOS；在每帧图像处理完时组织好每个物料数据结构，按物料纵坐标从小到大依次压栈所述先进先出物料特性数据栈FIFOS；所述类PLC线程中逻辑控制时，再依次出栈所述先进先出物料特性数据栈FIFOS，出栈结构体类型MS数据中的纵坐标值与当前编码器长值EncL比较，数据匹配则发出分拣指令。优选地，所述先进先出物料特性数据栈FIFOS栈深度需大于图像检测装置位置至分拣装置位置之间可能的最大物料数。优选地，所述消息响应图像处理方法指对一帧/幅图像采集完成消息的响应程序，在该响应程序中进行图像滤波、图像分割、边缘检测、图像拼接、形心/质心计算、物料判别的处理，按物料形心/质心纵坐标从小到大依次编号并形成物料特性数据结构，按物料编号从小到大依次将该帧/幅图像中各物料特性数据结构压栈所述先进先出物料特性数据栈FIFOS。所述消息响应图像处理需在下一帧/幅图像采集完消息发出前完成，以保证皮带流水线的连续性、实时性，并留有余量；若PC不能满足该要求，则通过所述运算加速卡进行运算处理加速，以确保当前帧/幅所有图像处理工作在下一帧/幅图像采集完消息发出前完成。优选地，所述类PLC线程具体还包括：先进先出物料特性数据栈FIFOS前进方向相邻物料距离近则连续出栈；出栈数据依次存放于元素也为结构体类型MS的数组Pop内，每出栈并存放一个数据，候分离数WS加1；否则暂停出栈，以减少候分离物料数，从而减轻类PLC线程中的循环扫描负荷，减少类PLC扫描周期；每个类PLC扫描周期内都对候分离物料数据依次循环进行纵坐标Pop[0toWS-1].Y与一固定偏移量常数C2之和，与实时编码器长值Enc本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统，其特征在于，包含：PC(1)、图像检测装置(2)、分拣装置(3)、编码器组件(4)、运动控制与IO扩展卡(5)、运算加速卡(6)和连续式皮带流水线(7)；所述PC(1)通过高速并行总线分别与运动控制与IO扩展卡(5)和运算加速卡(6)相连；所述PC(1)通过高速串行总线与所述图像检测装置(2)相连；所述运动控制与IO扩展卡(5)分别与编码器组件(4)、分拣装置(3)及连续式皮带流水线(7)相连；所述编码器组件(4)的轴滚轮与连续式皮带流水线(7)的皮带接触并随皮带的前进而滚动。

【技术特征摘要】
1.一种基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统，其特征在于，包含：PC(1)、图像检测装置(2)、分拣装置(3)、编码器组件(4)、运动控制与IO扩展卡(5)、运算加速卡(6)和连续式皮带流水线(7)；所述PC(1)通过高速并行总线分别与运动控制与IO扩展卡(5)和运算加速卡(6)相连；所述PC(1)通过高速串行总线与所述图像检测装置(2)相连；所述运动控制与IO扩展卡(5)分别与编码器组件(4)、分拣装置(3)及连续式皮带流水线(7)相连；所述编码器组件(4)的轴滚轮与连续式皮带流水线(7)的皮带接触并随皮带的前进而滚动。2.根据权利要求1所述的基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统，其特征在于，系统运行时，所述轴滚轮与皮带之间同步运行。3.一种基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统的控制方法，其特征在于，基于上述权利要求1至2中任意一项的系统，包括步骤如下：1)实时获取连续式皮带流水线上的图像检测数据；2)将上述图像检测数据进行处理；3)根据图像处理结果及编码器实时位置信号产生分拣逻辑信号；上述步骤1)中采用多核多线程控制方法、实时获取编码器长值EncL方法、每帧/幅图像纵坐标基准校正方法及消息响应图像处理方法；上述步骤2)中采用先进先出物料特性数据栈FIFOS缓冲方法及消息响应图像处理方法；上述步骤3)中采用多核多线程控制方法、实时获取编码器长值EncL方法及先进先出物料特性数据栈FIFOS缓冲方法；连续式皮带流水线向单一方向运转，使得所要检测分拣的物料先经过图像检测装置位置后再经过分拣装置位置。4.根据权利要求3所述的基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：PC计算任务过重而实时性达不到要求时，运算加速卡进行计算加速。5.根据权利要求3所述的基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统的控制方法，其特征在于，所述多核多线程控制方法包括：图像采集线程、类PLC线程和主界面线程；所述图像采集线程进行如下操作：初始化后开始图像采集，不断循环扫描图像检测装置一帧/幅图像是否采集完成信号，当一帧/幅图像采集完成时，进行一次实时获取编码器长值EncL、高速批量读取当前一帧/幅图像数据、发出一帧/幅图像采集完成消息，继续不断循环扫描图像检测装置一帧/幅图像是否采集完成信号；图像采集帧频率或每幅图像采集频率根据连续式皮带流水线的速度设置，做到相邻帧/幅图像全覆盖流过的物料且少重叠或不重叠；所述类PLC线程进行如下操作：通过循环扫描方式进行实时获取编码器长值EncL和分拣逻辑控制；所述主界面线程具体包括：参数设置、人机界面、监控、控制启停数据采集线程和类PLC线程。6.根据权利要求5所述的基于PC的高速图像检测分拣生产线控制系统的控制方法，其特征在于，所述实时获取编码器长值EncL方法包括：实时获取编码器长值EncL作为物料位置纵坐标值，并利用编码器长值EncL进行每帧/幅图像纵坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶文华，熊田忠，黄河，冯阳，李伟毅，冷晟，陈蔚芳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32