3. 机器视觉系统组成与选型
机器视觉系统并不是“买一台相机接上PLC”就能稳定工作的组合。它是一条从光到电、从像素到逻辑的完整信号链：光源把被测物照亮，镜头把光成像到相机传感器，相机把光信号转成数字图像，图像采集卡或相机网口把图像送入处理单元，视觉软件完成定位、测量或判断，最后通过数字I/O、现场总线或以太网把结果交给WAGO PLC，由PLC驱动执行机构。任何一个环节的接口不匹配，都会让整条链路的节拍、精度或稳定性下降。
一、系统组成与信号链
从工程角度看，这条链可以分成“光—像—数—判—控”五段。光源和镜头属于光学段，决定图像对比度和视野；相机和采集卡属于成像与传输段，决定分辨率、帧率和数据带宽；视觉处理单元属于判断段，输出OK/NG、坐标、角度或测量值；WAGO PLC属于控制段，接收结果并协调气缸、电机、剔除机构等动作。选型的本质，是让每一段的参数在接口处能对上，而不是单看某一台设备是否“高配”。
二、相机与镜头的匹配计算
选型第一步不是看相机像素，而是先确定视野（FOV）和最小检测精度。假设需要检测一个直径30 mm的工件，要求最小缺陷尺寸为0.1 mm，那么理论上至少需要30/0.1=300个像素覆盖视野宽度。考虑边缘留白和亚像素算法余量，通常取1.5～2倍安全系数，即选择约500～600像素宽度的传感器。若选用1280×1024的相机，则实际像素精度约为30/1280≈0.023 mm/pixel，足以覆盖0.1 mm缺陷。
镜头焦距由工作距离和视野共同决定。简化公式为：焦距 f ≈ 传感器宽度 × 工作距离 / 视野宽度。例如传感器宽度为1/1.8英寸（约7.2 mm），工作距离300 mm，视野宽度30 mm，则 f ≈ 7.2×300/30 = 72 mm。实际选型时取接近的标准焦距，如75 mm，再通过微调工作距离或加接圈来精确对焦。镜头接口必须与相机一致：C口法兰距17.526 mm，CS口为12.526 mm，两者不能直接混用，否则无法合焦。
三、光源与成像质量
光源的作用不是“照亮”，而是制造对比度。金属工件上的划痕用低角度环形光更容易显现阴影；透明薄膜的轮廓用背光最清晰；字符识别常用同轴光减少反光。光源的频闪模式需要与相机曝光同步：如果相机曝光时间为200 μs，光源频闪也应在此窗口内触发，否则运动中的工件会产生拖影。WAGO PLC可以通过高速DO输出触发光源控制器，再由光源控制器驱动LED，形成“PLC发触发—光源闪—相机曝—图像采”的同步链。
四、采集卡与传输带宽
图像数据量 = 分辨率 × 位深 × 帧率。以1280×1024、8 bit、60 fps为例，数据量约为1280×1024×1×60≈78.6 MB/s。GigE Vision在千兆网下理论带宽约125 MB/s，实际有效约100 MB/s，可以满足；若换成500万像素、16 bit、60 fps，数据量约600 MB/s，千兆网就不够，需要万兆网或CameraLink采集卡。选型时要留出30%以上余量，避免丢帧。若使用PoE供电，还需确认交换机端口功率和相机功耗匹配。
五、与WAGO PLC的接口匹配
视觉系统与WAGO PLC的协同主要有三种接口方式。第一种是数字I/O硬线：视觉控制器输出OK/NG信号到WAGO的DI模块，PLC通过DO模块触发相机拍照。这种方式响应快、延迟低，适合节拍在10 ms以上的场合，但传输信息量少，只能传几个开关量。第二种是现场总线：WAGO PLC支持PROFINET、Modbus TCP、EtherCAT等，视觉系统作为从站或主站交换结构化数据，可以传坐标、角度、测量值。第三种是Socket/TCP自由协议：视觉软件通过以太网发送字符串或二进制帧，WAGO PLC用功能块解析。这种方式灵活，但需要约定帧格式和超时重连机制。
实际工程中常采用“硬触发+总线结果”的混合模式：WAGO PLC的DO点直接触发相机，保证拍照时刻与工件位置严格对应；视觉结果通过PROFINET写入PLC的输入映像区，PLC程序读取后执行分选。这样既保证了实时性，又获得了丰富的数据。
六、一个选型示例
假设某装配线需要检测连接器插针是否缺失，工件尺寸40 mm×30 mm，最小插针直径0.5 mm，节拍要求每分钟120件（即500 ms/件）。计算：视野取50 mm×40 mm，最小检测0.5 mm，需要至少100像素覆盖，取安全系数2，选1280×1024相机，像素精度约0.039 mm/pixel，满足要求。镜头选16 mm焦距，工作距离约200 mm，C口。光源用白色环形光，频闪触发。相机用GigE接口，数据量1280×1024×8×30≈31.5 MB/s，千兆网足够。视觉结果通过PROFINET传给WAGO 750-375 PROFINET IO模块，PLC程序读取后驱动剔除气缸。触发信号由WAGO DO模块发出，经光电传感器确认工件到位后触发相机。整个链路延迟约5～8 ms，满足500 ms节拍。
这个示例说明，选型不是追求最高像素或最快帧率，而是让每一段的参数在接口处刚好匹配，并留出合理余量。相机、镜头、光源、采集卡和WAGO PLC之间的接口匹配，才是系统稳定运行的基础。