TwinCAT Vision 助力軟膠囊檢測(cè)設(shè)備的
性能優(yōu)化與升級(jí)
中國(guó)擁有利用中草藥及其它天然成分手工制作藥品的悠久歷史傳統(tǒng)，而北京鑫航成科技發(fā)展有限公司（簡(jiǎn)稱鑫航成）始終致力于在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)之間架起一座橋梁，不斷努力研發(fā)高品質(zhì)、高標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)藥加工設(shè)備，生產(chǎn)出更高質(zhì)量的藥品。鑫航成公司總部位于河北省廊坊市，他們憑借創(chuàng)新的技術(shù)和解決方案，在軟膠囊醫(yī)藥設(shè)備領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
軟膠囊指通過(guò)不同的工序填充、封包一定量的液體原料藥物而制成的一種膠囊劑，它總是通過(guò)同一個(gè)固定的步驟，將重要的藥物成分（如維生素溶液）安全地封裝于藥用明膠制成的軟質(zhì)囊殼中。軟膠囊劑的使用和攝入方便，深受藥品、化妝品和營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑市場(chǎng)青睞。最終檢驗(yàn)確保最后成品的外觀色澤一致、圓整均勻，并剔除有氣泡或表面有顆粒雜質(zhì)的瑕疵品。
通過(guò) TwinCAT Vision 和 TwinCAT HMI 實(shí)現(xiàn)的高度集成化的軟膠囊檢測(cè)機(jī)
鑫航成成功研制了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)全自動(dòng)高速軟膠囊機(jī)和第一臺(tái)高效履帶式全自動(dòng)軟膠囊干燥機(jī)。鑫航成始終堅(jiān)持“精益求精，創(chuàng)新無(wú)限”的企業(yè)宗旨，特別關(guān)注新技術(shù)和革新技術(shù)的應(yīng)用。從 2015 年開(kāi)始，鑫航成引入倍福基于 PC 的控制技術(shù)和 TwinCAT 3 自動(dòng)化軟件作為主要的控制平臺(tái)。2020 年，鑫航成率先在軟膠囊檢測(cè)行業(yè)中采用倍福的 TwinCAT Vision 功能，推出了高度集成化的控制解決方案。
最新一代軟膠囊檢測(cè)設(shè)備采用倍福軟件平臺(tái)，將 TwinCAT HMI、TwinCAT PLC 和 TwinCAT Vision 等所有功能無(wú)縫集成在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)中，極大地簡(jiǎn)化了控制架構(gòu)，提高了設(shè)備的一體化程度。該控制方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、智能化程度高、速度快、精度高的特點(diǎn)，在 2021 年全國(guó)藥機(jī)展覽會(huì)展出后，引起了廣泛的關(guān)注。
# TwinCAT 平臺(tái)集成機(jī)器視覺(jué)功能
TwinCAT Vision 將機(jī)器視覺(jué)功能集成在 Runtime 中執(zhí)行。在同一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)上對(duì)圖像處理和邏輯控制功能進(jìn)行編程，確保任務(wù)周期與圖像處理代碼的固定刷新時(shí)間一致。此外，所選擇的硬件平臺(tái)滿足了由此產(chǎn)生的控制節(jié)拍需求。在這個(gè)項(xiàng)目中，一臺(tái)搭載 Intel® Xeon® 處理器（12 核）并配備獨(dú)立顯卡的 CX2072 嵌入式控制器為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)密集型圖像處理應(yīng)用等所有功能提供了充足的計(jì)算能力。
由于機(jī)器視覺(jué)程序與 PLC 邏輯控制程序都運(yùn)行在同一個(gè)軟件平臺(tái)中，因此，不需要額外的通信時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。所有任務(wù)在 TwinCAT Runtime 實(shí)時(shí)環(huán)境中的無(wú)縫交互確保設(shè)備的圖像處理和分揀功能之間不會(huì)出現(xiàn)任何通信延遲，大幅提升了系統(tǒng)的吞吐量。
軟膠囊檢測(cè)設(shè)備的機(jī)器視覺(jué)功能涉及到對(duì)軟膠囊產(chǎn)品的異色、異形、黑點(diǎn)、氣泡等瑕疵的檢測(cè)判斷。TwinCAT 視覺(jué)庫(kù)提供了對(duì)于圖像預(yù)處理、顏色區(qū)分、外觀輪廓分析、斑點(diǎn)檢測(cè)等功能，可以很好地滿足軟膠囊檢測(cè)設(shè)備的需求。通過(guò)開(kāi)放式模板還能針對(duì)客戶應(yīng)用開(kāi)發(fā)單獨(dú)的圖像處理功能。
一臺(tái)性能強(qiáng)大的 CX2072 嵌入式控制器用作鑫航成開(kāi)發(fā)的高速軟膠囊檢測(cè)機(jī)的一體化控制平臺(tái)。
# 機(jī)器視覺(jué)操作
與 PLC 人機(jī)交互集成在統(tǒng)一的 HMI 中
傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)有一個(gè)獨(dú)立于 PLC 的控制系統(tǒng)，為了操作方便，機(jī)器視覺(jué)通常會(huì)有一個(gè)操作界面，因此，需要兩臺(tái)獨(dú)立的 HMI 來(lái)同時(shí)操作機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)和 PLC 控制器，這必然帶來(lái)了操作上的不便。
另一方面，通過(guò) TwinCAT HMI 能夠?qū)⒓傻?PLC 和圖像處理功能的可視化整合到同一個(gè)用戶界面中，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)過(guò)程。同時(shí)，由于設(shè)備不再需要配備兩個(gè)獨(dú)立的控制平臺(tái)和兩臺(tái)顯示設(shè)備，進(jìn)一步降低了硬件成本。該項(xiàng)目中使用的是操作非常便利的倍福 CP2919 多點(diǎn)觸控控制面板。
# 總結(jié)
TwinCAT Vision 圖像處理解決方案有別于傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)解決方案，它可以與 PLC 和 HMI 功能完美結(jié)合在一起。一體化的設(shè)計(jì)可以極大地簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)，為客戶提供更為簡(jiǎn)潔靈活的解決方案。運(yùn)行在 TwinCAT Runtime 中的視覺(jué)代碼可與 PLC 直接交互數(shù)據(jù)，無(wú)通信延遲，從而有效地利用控制器的資源，提高控制系統(tǒng)的節(jié)拍。TwinCAT Vision 以普通電氣工程師熟悉的編程語(yǔ)言處理常見(jiàn)的視覺(jué)需求，顯著減少了機(jī)器視覺(jué)功能的開(kāi)發(fā)工作量，編程工作也不再需要由圖像處理工程師完成。
硬件成本的節(jié)約和開(kāi)發(fā)工作的簡(jiǎn)化，使得鑫航成能夠向制藥企業(yè)提供價(jià)格具有競(jìng)爭(zhēng)力的高端高速檢測(cè)解決方案。
隨著 PC 技術(shù)的不斷發(fā)展，倍福 PC 控制器性能的提高以及更多新的視覺(jué)功能的擴(kuò)展，TwinCAT Vision 必將越來(lái)越多地應(yīng)用于各種機(jī)器視覺(jué)場(chǎng)景中。
關(guān)于德國(guó)倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動(dòng)化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國(guó)威爾市。作為全球自動(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動(dòng)者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場(chǎng)總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開(kāi)放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過(guò) 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國(guó)內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽(yáng)能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國(guó)國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開(kāi)放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
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