工业智能相机图形化编程工具研究与实现

发布时间：2020-07-13 18:22

【摘要】：工业4.0战略与“中国制造2025”规划引领新一代技术变革,推动我国制造业向智能化、数字化、网络化转变。智能相机作为智能制造设备感知外界的工具之一,具有结构紧凑、功耗低、实时性强等特点,被应用于智能装备的感知与控制中。国内智能相机起步较晚,研究更多集中在智能相机的硬件系统上,在编程方面存在编程工具缺失、编程环境易用性差等缺陷,与国际先进水平相比存在一定的差距。针对智能相机在编程系统上的不足,本课题开发了一套图形化的智能相机编程系统,重点对图形化编程界面搭建、运行管理环境与仿真功能、监控功能等关键问题进行了研究,提出了具体的解决方案,并完成了编程系统的搭建,主要工作如下:一、分析了设计目的与用户需求,提出了图形化编程系统的总体结构,对系统的每部分进行功能模块划分与设计,并完成系统架构设计和开发平台的选取。二、研究了运行管理环境数据管理方法和应用程序的运行机制,设计了抽象算法模块接口层,实现了对算法库的封装与扩展。对运行管理环境外部通讯模块进行了研究与设计,提供了多种外部通讯方式。基于OPC UA协议,实现了应用程序模型的动态创建和外部监控功能。三、设计了图形化编程环境的界面布局,并完成通用图像控件和抽屉式工具箱的结构与功能设计。采用界面复用技术优化配置界面布局,并完成了图像管理、工程管理、应用程序编辑等模块的功能设计。通过与运行管理环境的交互,实现了编程环境的仿真功能、数据定制和监视功能。四、设计了系统工具库,对算法工具进行功能划分,分别借助OpenCV和HALCON算法库实现了两种图像算法库。设计并实现了相机系统控制工具、应用程序逻辑控制与计算工具、通信工具等其他功能模块工具。五、对图形化编程系统进行了全面测试,并将其应用于工件检测与分拣系统中,利用智能相机与机械臂协同工作分别实现了对静止工件和移动工件的抓取,测试结果及实验运行效果验证了本系统开发的可行性与正确性。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB852;TP311.56
【图文】：

运行管理,算法模块,算法,高斯滤波

3.2.1 算法库的封装与扩展算法模块是相机功能实现的核心，为了满足对多样化应用实例的需求，算法模块必须提供不同的算法模块，包括图像处理算法、逻辑控制、通讯等类型算法。预定义图像函数集为图像处理算法模块的开发提供了许多基础、功能单一的函数接口，有利于算法模块的建立和扩展。经过多年的设计与研究，在图像算法领域中，已经出现了一些比较成熟、功能全面、性能较为优秀的算法库，如开源库 OpenCV、已经商用的 HALCON、MATLAB 的图像模块等。算法模块是独立的功能块，设计时，如果将其直接融合到运行管理环境中，对算法的后期性能提升、算法模块的更新替换都会对运行管理环境乃至编程环境造成影响，耦合程度太高。本文将算法模块与运行管理环境独立开来，抽象出算法模块的调用接口，从而使设计更为独立灵活。部分算法工具的算法接口层的设计如图 3-11 所示。

模型图,模型图

当调用该函数的是一个算法图元时方法变量和属性变量；当调用该函数，还将创建子对象节点，并逐一为组从方法调用上，组合对象与普通算法势。立后，利用支持 OPCUA 协议的第三wServiceSet）访问服务器的地址空间性服务（AttributeServiceSet）获取节搜索获取所有节点属性及其相互之间其相机中程序模型，得到的结果如图环境中的树状应用程序有着相似的组

布局设计,界面,编辑界面

a)编辑模式 b)监视模式图 4-2 界面布局设计图编辑环境分为编辑界面（如图 4-2a）和监视界面（如图 4-2b）两部分，利用 Tab 控件对两种模式进行组织和管理。编辑界面是用户编程的主要活动页面，协助用户完成应用程序编程工作，而监视界面主要对应用程序运行结果进行个性化监视。设计中，将编辑界面主要分成四部分：工具栏、工具箱、程序区、配置显示区。(1) 工具栏设计：包括工程管理按钮（新建、打开、保存、另存为以及卸载）、编辑按钮（剪切、复制、粘贴、删除）、编辑测试按钮（触发、当前图像运行、连续触发/停止、上下线）以及设备连接按钮等(2)工具箱：为应用程序编辑提供可用图元库，其以抽屉+列表的形式组织和管理，如图 4-3 所示。

【参考文献】