3. 机器视觉系统硬件选型
机器视觉系统的硬件选型不是把“分辨率最高的相机、最亮的灯、最快的采集卡”堆在一起，而是围绕检测任务、节拍要求与PLC控制链路做一次系统匹配。选型的起点是任务：被测物尺寸、最小缺陷尺寸、视野范围、工作距离、检测节拍、输出结果形式（OK/NG、坐标、测量值）。终点是PLC能稳定拿到结果并驱动执行机构。中间任何一环不匹配，都会表现为误检、漏检、通信超时或节拍不达标。
一、从任务反推光学与相机参数
先确定视野FOV与最小可检特征。若被测物为120mm×80mm的工件，要求检出0.1mm的缺陷，按“缺陷至少占3～5个像素”的经验，所需像素数约为：横向120/0.1×3=3600像素。因此相机横向分辨率应不低于4000像素，可选500万像素（2448×2048）偏紧，推荐800万～1200万像素（如4096×3000）。同时要留10%～20%的视野余量用于定位偏移，实际FOV取140mm×95mm。
镜头焦距由工作距离WD、传感器尺寸和FOV共同决定。以1/1.8″传感器（靶面约7.2mm×5.4mm）、WD=300mm、FOV=140mm为例，焦距f≈WD×靶面宽/FOV=300×7.2/140≈15.4mm，选16mm定焦镜头。若工作距离受限，则需缩短焦距或增大靶面。景深也要核算：光圈越小景深越大，但进光量下降，需与光源强度匹配。对于高度差超过2mm的工件，应优先选择远心镜头以消除透视误差，而不是靠缩小光圈硬撑。
二、光源与相机、镜头的匹配
光源选型要回答三个问题：照亮什么、突出什么、抑制什么。金属表面划痕常用低角度环形光或条形光，让划痕产生明暗对比；字符识别常用同轴光或圆顶光，获得均匀背景；透明件缺陷常用背光，把缺陷变成剪影。光源颜色应与被测特征和相机感光特性匹配：红色光对蓝色字符对比度高，红外光可穿透某些表面涂层。频闪光源需与相机曝光同步，由PLC或采集卡输出触发信号，避免运动模糊。
光源控制器若支持外触发，其触发输入应与相机曝光输出或PLC高速输出共地连接，并注意电平匹配（24V PLC输出不能直接接5V触发输入，需加光耦或电平转换模块）。
三、图像采集卡与接口带宽核算
相机接口决定采集卡类型。GigE Vision相机通过网线直连工控机网口，无需独立采集卡，适合1～2台相机、分辨率不超过500万、帧率不高的场合；USB3 Vision适合单台高帧率相机，但线缆长度一般不超过5m；Camera Link和CoaXPress需要专用采集卡，适合多台高速相机或高分辨率线阵相机。
带宽核算示例：一台500万像素、8bit灰度、30fps的GigE相机，数据率≈2448×2048×1×30≈150MB/s，千兆网理论带宽125MB/s，实际有效约110MB/s，因此必须降帧率或改用万兆网/双网口。若用CoaXPress，单通道可达6.25Gbps，余量充足。采集卡选型还要看通道数、触发输入输出数量、是否支持PoCXP供电。
四、与Schneider PLC的接口匹配原则
视觉系统与PLC的接口分三类：硬线I/O、现场总线和以太网。硬线I/O最简单：PLC数字量输出给相机或光源控制器一个触发脉冲，相机拍照后通过数字量输出把OK/NG结果送回PLC输入点。这种方式响应快、延迟确定，适合单工位、结果简单的场合。但要注意：PLC的24V输出不能直接接相机5V触发输入，必须经过光耦隔离或电平转换；同时触发脉冲宽度要满足相机最小触发宽度要求（通常几十微秒到几毫秒）。
以太网方式适合传输坐标、测量值、条码等结构化数据。Schneider M241/M262系列PLC支持Modbus TCP客户端/服务器和以太网IP。视觉控制器作为Modbus TCP服务器，PLC作为客户端，通过功能码03读取视觉结果寄存器。需要约定寄存器映射：例如40001为状态字（0=等待，1=OK，2=NG，3=超时），40002～40003为X坐标（32位浮点或整型），40004～40005为Y坐标。PLC程序中用READ_VAR指令周期读取，并做超时判断。若视觉系统支持以太网IP，则可直接用EDS文件组态，数据映射更直观。
串口方式（RS-232/RS-485）适合老旧设备或简单ASCII协议，但速率低、距离短，不推荐用于高节拍产线。若必须使用，需在PLC侧配置串口模块，并约定结束符和校验方式。
五、选型核对清单与常见误区
实际选型时可按以下顺序核对：①FOV与分辨率是否满足最小缺陷检出；②工作距离与焦距是否匹配，景深是否覆盖高度差；③光源类型、颜色、频闪是否与相机曝光同步；④相机接口带宽是否留有余量；⑤采集卡通道数与触发I/O是否够用；⑥PLC接口类型、寄存器映射、电平匹配是否明确；⑦整体节拍是否满足产线要求。
常见误区包括：只看相机像素不看镜头解析力，导致“高像素低清晰”；光源常亮不频闪，运动工件产生拖影；GigE相机用百兆网口，带宽不足导致丢帧；PLC直接驱动相机触发而不做电平转换，烧毁输入口；视觉结果只给OK/NG而不给超时状态，PLC无法区分“NG”和“通信失败”。
硬件选型的本质是让光、机、电、控四个环节在同一个节拍和精度约束下协同工作。相机和镜头决定“看得清”，光源决定“看得见”，采集卡决定“传得快”，PLC接口决定“控得稳”。四者匹配，视觉系统才能从“能拍照”变成“能判断、能执行”。