52
Рисунок 26. Результат итерационного поиска
Цель исследования может быть достигнута, если в результате работы
алгоритма мы получаем следующие данные:
- координаты центра найденных объектов относительно левого верхнего
угла изображения
- угол поворота каждого объекта.
Все рассмотренные методы в качестве выходных данных такую
информацию предоставляют, либо ее можно вычислить косвенным путем.
Этот тезис проверен автором при разработке программного обеспечения и
тестировании алгоритмов. Исключением является метод поиска
графических инвариантов, поскольку он является набором разрозненных
функций преобразования изображений, и вычисление координат искомых
объектов выполнялось специально разработанным алгоритмом.
2.4 Калибровка
Калибровка это отдельная серьезная задача. От качества проведения
калибровки зависит точность определения положения объектов. В
системах машинного зрения установок монтажа электронных
компонентов, особенно с точностью в несколько мкм, от нее может
зависеть возможность выполнения такого монтажа.
Калибровка выполняется в два этапа.
Первый – устранение оптических искажений (коррекция, см.
Рисунок 27).
53
Второй – калибровка камеры, вычисление количества единиц
измерения на определенной площади изображения, полученном в фокусе,
например мкм на пиксель (см. Рисунок 29).
В приближенном описании, после калибровки камеры, изображение
калибровочной сетки (например, шахматной доски), будет выглядет
плоским, а не выпуклымм (см. Рисунок 28).
Рисунок 27. Калибровка камеры с использованием библиотеки Halcon и
специальной калибровочной сетки
(а) (б)
Рисунок 28. Изображение до и после коррекции
54
Рисунок 29. Калибровочный чип
ГЛАВА 3. Реализация и оценка затрат на внедрение разработки
и оценка ожидаемого эффекта
3.1 Организация работ по реализации предложенных методов
Для реализации преимуществ автоматической установки,
перечисленных во введении, необходим ряд мер, направленных на
обеспечение аппаратной и информационной поддержки программного
обеспечения, реализующего соответствующие алгоритмы управления.
Обобщенная структура управления приведена на рисунке ниже.
55
Рисунок 30. Обобщенная структурная схема управления
В [40] рассмотрены централизованные и иерархические системы
управления в общем случае, а также подробно на примере установки
присоединения проволочных выводов.
Ниже представлена схема управления установки монтажа
интегральных схем (см. Рисунок 31).
56
Рисунок 31. Схема системы управления
Как видно из схемы, устройства установки условно можно разделить
на два уровня. Первый уровень обеспечивает передачу данных по
протоколу TCP/IP между ЭВМ (с запущенной на ней управляющей
программой) и устройствами, обеспеченными контроллерами этого
интерфейса.
К ним относятся:
- видеорегистраторы (ТВ-датчики),
- контроллер управления устройствами установки,
- контроллеры диспенсеров (КД),
57
- контроллеры нагревателей (КН).
Все перечисленные устройства могут быть выполнены на основе
ARM архитектуры (кроме видеорегистраторов) и обеспечены интерфейсом
TCP/IP от производителя, из соображений возможностей этого интерфейса
для передачи всех необходимых для их работы данных, а также широкой
распространенностью этого интерфейса в промышленности.
PMAS – главный контроллер фирмы ELMO, обеспечивающий
полноценный интерфейс между верхними уровнями иерархии системы
управления и подчиненными контроллерами, подключенными к EtherCAT.
На этой шине PMAS является ведущим устройством - мини-компьютером
с операционной системой Linux.
Подобная архитектура полностью соответствует требованиям к
системе автоматического управления и позволяет сконструировать
соответствующую установку.
Подробное описание программного обеспечения контроллера
управления аппаратной частью (PMAS) приведено в работе [51].
Программное обеспечение для ПК (управляющая программа) также
необходимо разработать.
3.2 Разработка программного обеспечения
3.2.1 Инструменты разработчика
В качестве среды разработки (IDE) программы для PMAS
используется решение, предложенное фирмой ELMO – «Maestro Developer
Studio» или сокращенно MDS. Это известная в среде разработчиков кросс-
платформенных программ IDE под названием Eclipse, дополненная
необходимыми модулями (плагинами) для работы с контроллером PMAS.
В рамках работы [51] была выполнена подготовка исходного кода
программы для компиляции под ОС Windows в IDE VisualStudio 2015.
Этот вариант компиляции позволяет получить программу, запускаемую на
ОС Windows. Для работы программы подключаются библиотеки ELMO
58
скомпилированные этой фирмой для использования на настольных ПК.
Такой способ очень удобен для разработки и отладки, но неприменим для
поставки заказчику, т.к. ОС Windows не является операционной системой
реального времени, а это чревато нежелательными задержками в работе во
время выполнения критических операций.
Для разработки программы для управляющей ЭВМ используется
IDE Delphi XE5. Основным преимуществом является возможность
быстрой разработки интерфейса пользователя.
3.2.2 Стадии разработки и жизненный цикл
Стандарт ГОСТ 34.601-90 [53] предусматривает следующие стадии и
этапы создания автоматизированной системы (АС):
1. Формирование требований к АС
1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания
АС
2. Формирование требований пользователя к АС
3. Оформление отчета о выполнении работ и заявки на
разработку АС
2. Разработка концепции АС
1. Изучение объекта
2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ
3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта
концепции АС, удовлетворяющего требованиям
пользователей
4. Оформление отчета о проделанной работе
3. Техническое задание
1. Разработка и утверждение технического задания на создание
АС
4. Эскизный проект
1. Разработка предварительных проектных решений по системе и
её частям
2. Разработка документации на АС и её части
5. Технический проект
1. Разработка проектных решений по системе и её частям
2. Разработка документации на АС и её части
3. Разработка и оформление документации на поставку
комплектующих изделий
59
4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях
проекта
6. Рабочая документация
1. Разработка рабочей документации на АС и её части
2. Разработка и адаптация программ
7. Ввод в действие
1. Подготовка объекта автоматизации
2. Подготовка персонала
3. Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными
и техническими средствами, программно-техническими
комплексами, информационными изделиями)
4. Строительно-монтажные работы
5. Пусконаладочные работы
6. Проведение предварительных испытаний
7. Проведение опытной эксплуатации
8. Проведение приёмочных испытаний
8. Сопровождение АС.
1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными
обязательствами
2. Послегарантийное обслуживание
В соответствии с этим списком, предстоит разработать эскизный
проект.
Стандарт ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207 [54] предусматривает следующие
модели жизненного цикла ПО: каскадная, пошаговая разработка,
эволюционная и спиральная разработка.
Преимущества и недостатки каждого из них рассматриваются в
литературе [55].
В данном проекте за основу принята спиральная модель (Рисунок 32)
из-за ее следующих преимуществ: относительно быстрое получение
готового к тестированию прототипа (эскизного проекта), возможность
адаптироваться под изменяющиеся требования (получаемые извне либо
выработанные по результатам тестирования предыдущего этапа).
60
Рисунок 32. Спиральная модель жизненного цикла ПО
3.1.1 Уровень связи с ПК
После фактической приемки управляющего сообщения от ПК
(помещения его во входящий буфер) нужно выполнить его обработку и
определить, какому устройству предназначен каждый последующий
участок пакета, и какова его длина.
Уведомление о получении пакета в функции обратного вызова
выполняется в потоке интерфейса, обеспечивающего асинхронный сбор
пакетов. Нам нужно скопировать каждый принятый пакет в собственный
буфер, и обработать его в главном потоке программы.
61
Диаграмма ниже иллюстрирует общую концепцию реализации такого
подхода (см. Рисунок 33).
Рисунок 33. Диаграмма обмена данными PMAS
3.3 Разработка программы управления установкой для ПК
Как показано на схеме системы управления установкой (Рисунок 31)
и описано в разделе 3.1.1, управление осуществляется программой,
работающей на ПК (ЭВМ). ПК подключен к главному контроллеру шины
EtherCAT посредством TCP/IP, и передает команды управления
аппаратной частью по специально разработанному протоколу обмена.
Наличие канала связи TCP/IP позволяет комплектовать установку
подключаемыми модулями и расширениями.