視覺傳感器

視覺傳感器的寫法

視覺傳感器介紹

視覺傳感器是指通過對攝像機(jī)拍攝到的圖像進(jìn)行圖像處理，來計(jì)算對象物的特征量（面積、重心、長度、位置等），并輸出數(shù)據(jù)和判斷結(jié)果的傳感器。

工作原理

有從一整幅圖像捕獲光線的數(shù)發(fā)千計(jì)像素的能力,圖像的清晰和細(xì)膩程度常用分辨率來衡量,以像素?cái)?shù)量表示,邦納工程公司提供的部分視覺傳感器能夠瞧捕獲130萬像素,因此,無論距離目標(biāo)數(shù)米或數(shù)厘米元,傳感器都能“看到”細(xì)膩的目標(biāo)圖像,視覺傳感器應(yīng)用其本要素是掌握如何應(yīng)用視覺傳感器的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的照明和軟件工具。

視覺傳感器具有從一整幅圖像捕獲光線的數(shù)以千計(jì)的像素。圖像的清晰和細(xì)膩程度通常用分辨率來衡量，以像素?cái)?shù)量表示。Banner工程公司提供的部分視覺傳感器能夠捕獲130萬像素。因此，無論距離目標(biāo)數(shù)米或數(shù)厘米遠(yuǎn)，傳感器都能“看到”十分細(xì)膩的目標(biāo)圖像。

在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內(nèi)存中存儲(chǔ)的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，以做出分析。例如，若視覺傳感器被設(shè)定為辨別正確地插有八顆螺栓的機(jī)器部件，則傳感器知道應(yīng)該拒收只有七顆螺栓的部件，或者螺栓未對準(zhǔn)的部件。此外，無論該機(jī)器部件位于視場中的哪個(gè)位置，無論該部件是否在360度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，視覺傳感器都能做出判斷。

產(chǎn)品應(yīng)用

在不久之前，設(shè)計(jì)質(zhì)量控制系統(tǒng)的工程師還不得不在若干種檢驗(yàn)選項(xiàng)中做出選擇，沒有一種完全令人滿意。

這些選項(xiàng)包括昂貴的單用途視覺系統(tǒng)，多陣列低功能光電傳感器，以及易受疲勞和精力不集中影響的人眼檢驗(yàn)。然而，如今的視覺傳感器正將傳統(tǒng)方法的性能與的速度、精確度、尺寸及成本優(yōu)勢相結(jié)合。

本文將比較各類傳感選項(xiàng)的功能，并證明為什么視覺傳感成為工業(yè)傳感器市場中增長最快的領(lǐng)域。

視覺傳感的基本原理

光電傳感器包含一個(gè)光傳感元件，而視覺傳感器具有從一整幅圖像捕獲光線的數(shù)以千計(jì)的像素。圖像的清晰和細(xì)膩程度通常用分辨率來衡量，以像素?cái)?shù)量表示。Banner工程公司提供的部分視覺傳感器能夠捕獲130萬像素。因此，無論距離目標(biāo)數(shù)米或數(shù)厘米遠(yuǎn)，傳感器都能“看到”十分細(xì)膩的目標(biāo)圖像。

視覺傳感器的優(yōu)勢

在可用的檢驗(yàn)備選方案中，即視覺系統(tǒng)、光電傳感器、人工檢驗(yàn)，以及視覺傳感器，視覺傳感器通常因其精確性、易用性、豐富功能及合理成本而成為選擇。

隨著各行業(yè)競爭越來越激烈，利潤率逐漸變小，制造商無法承受因瑕疵產(chǎn)品造成的高廢品率。因此，為在產(chǎn)生高昂成本之前檢測出問題，制造商正將檢驗(yàn)工作融入整個(gè)制造過程。

◆視覺系統(tǒng)與視覺傳感器之比較

復(fù)雜的視覺系統(tǒng)是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，可執(zhí)行細(xì)致的自動(dòng)檢驗(yàn)。但是，復(fù)雜性和高成本妨礙了其在許多行業(yè)中的應(yīng)用，其價(jià)格通常從5000美元至50000美元以上。這些復(fù)雜的視覺系統(tǒng)需要一個(gè)或多個(gè)攝像頭、定制軟件以及一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它們往往需要聘請外部視覺顧問來設(shè)計(jì)、集成和安裝系統(tǒng)。

此外，鑒于此類系統(tǒng)的專用性，無法將它們輕松地改作它用。這些復(fù)雜的系統(tǒng)通常要求持續(xù)的支持。

盡管對復(fù)雜視覺系統(tǒng)的需求仍然存在，但是更廉價(jià)、更容易使用的視覺傳感器的推出，為一些工業(yè)應(yīng)用提供了性價(jià)比更佳的解決方案。此外，由于視覺傳感器更小、更易使用，制造商會(huì)更頻繁地在檢驗(yàn)和校驗(yàn)應(yīng)用中采用視覺解決方案。視覺傳感器在工廠自動(dòng)化的品質(zhì)提高及生產(chǎn)效率改進(jìn)方面功不可沒。

◆光電傳感器與視覺傳感器之比較

與光電傳感器相比，視覺傳感器賦予機(jī)器設(shè)計(jì)者更大的靈活性。以往需要多個(gè)光電傳感器的應(yīng)用，現(xiàn)在可以用一個(gè)視覺傳感器來檢驗(yàn)多項(xiàng)特征。視覺傳感器能夠檢驗(yàn)大得多的面積，并實(shí)現(xiàn)了更佳的目標(biāo)位置和方向靈活性。這使視覺傳感器在某些原先只有依靠光電傳感器才能解決的應(yīng)用中受到廣泛歡迎。在傳統(tǒng)上，這些應(yīng)用還需要昂貴的配件，以及能夠確保目標(biāo)物體始終以同一位置和姿態(tài)出現(xiàn)的精確運(yùn)動(dòng)控制。

此外，由于一個(gè)基本視覺傳感器的成本僅相當(dāng)于數(shù)個(gè)具有較貴配件的光電傳感器，因此價(jià)格已不再是問題。

視覺傳感器為應(yīng)用的切換提供了無與倫比的靈活性。例如，生產(chǎn)工序的切換（從單份裝酸奶切換成冰淇淋桶）可能僅需數(shù)秒鐘，并且可遙控完成。附加的檢驗(yàn)條件可輕松地添加到此應(yīng)用中。

◆人工檢驗(yàn)和視覺傳感器之比較

無論工廠自動(dòng)化有何進(jìn)步，許多檢驗(yàn)仍用肉眼來完成。但是，在大多數(shù)應(yīng)用中，視覺傳感器的許多優(yōu)勢非手動(dòng)檢驗(yàn)流程所能及。視覺傳感器能夠以高得多的速度工作；以低得多的成本執(zhí)行重復(fù)、多次、一致的檢驗(yàn)。

不斷擴(kuò)展的應(yīng)用范圍

視覺傳感器的低成本和易用性已吸引機(jī)器設(shè)計(jì)師和工藝工程師將其集成入各類曾經(jīng)依賴人工、多個(gè)光電傳感器，或根本不檢驗(yàn)的應(yīng)用。視覺傳感器的工業(yè)應(yīng)用包括檢驗(yàn)、計(jì)量、測量、定向、瑕疵檢測和分撿。以下只是一些應(yīng)用范例：

◆在汽車組裝廠，檢驗(yàn)由機(jī)器人涂抹到車門邊框的膠珠是否連續(xù)，是否有正確的寬度。

◆在瓶裝廠，校驗(yàn)瓶蓋是否正確密封、裝灌液位是否正確，以及在封蓋之前沒有異物掉入瓶中

◆在包裝生產(chǎn)線，確保在正確的位置粘貼正確的包裝標(biāo)簽

◆在藥品包裝生產(chǎn)線，檢驗(yàn)阿斯匹林藥片的泡罩式包裝中是否有破損或缺失的藥片。

◆在金屬?zèng)_壓公司，以每分鐘逾150片的速度檢驗(yàn)沖壓部件，比人工檢驗(yàn)快13倍以上。

結(jié)論：對于視覺傳感器而言，這是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻。曾經(jīng)需要大量知識(shí)的技術(shù)，現(xiàn)在變得經(jīng)濟(jì)、易用。采用該技術(shù)的未來產(chǎn)品開發(fā)將繼續(xù)此趨勢?，F(xiàn)在的挑戰(zhàn)是如何讓各個(gè)行業(yè)意識(shí)到視覺傳感器在所有制造領(lǐng)域的潛力，其中包括質(zhì)量控制、測量和檢驗(yàn)流程。

機(jī)器視覺提高質(zhì)控效率

對于工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化，機(jī)器視覺是實(shí)現(xiàn)真正意義的自動(dòng)的基礎(chǔ)和一種重要的質(zhì)量控制的手段。以下是歐姆龍對國內(nèi)機(jī)器視覺市場的一些看法。

機(jī)器視覺，顧名思義就是使用機(jī)器的自動(dòng)化方法，實(shí)現(xiàn)類似人類視覺（眼睛+視覺神經(jīng)中樞+視覺神經(jīng)細(xì)胞）的功能。對于工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化，機(jī)器視覺是實(shí)現(xiàn)真正意義的自動(dòng)的基礎(chǔ)和一種重要的質(zhì)量控制的手段。

如果用最簡單的一句話概括機(jī)器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成，就是由鏡頭，像機(jī)和控制器構(gòu)成的機(jī)器視覺替代人工，根據(jù)物體在一定環(huán)境下得到的畫面進(jìn)行尺寸，缺陷，種類，匹配，文字等各種參數(shù)的測量和判別。幫助客戶提高生產(chǎn)效率，減少人工這一自動(dòng)化領(lǐng)域的不確定因素對產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

對于機(jī)器視覺的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來說，目前國內(nèi)的情況有些特別。在供應(yīng)商方面，因?yàn)榻^大多數(shù)是國外廠家，存在一個(gè)對國內(nèi)市場，國內(nèi)文化了解的問題。大家都看到了國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，但可能這個(gè)發(fā)展的促進(jìn)因素和國外的情況不同，這也是他們短時(shí)間內(nèi)沒辦法完全理解的。相信目前國內(nèi)的銷售現(xiàn)狀離大多數(shù)供應(yīng)商的希望還有一段距離，即使像OMRON這樣，進(jìn)入中國市場二十多年，近些年的機(jī)器視覺都在高速增長，但目前的市場銷售額還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒法和日本相比。

至于用戶這一端，的問題在于對機(jī)器視覺的不了解，當(dāng)然這也有國內(nèi)特殊情況的原因，就是國內(nèi)的勞動(dòng)力成本和機(jī)器視覺初期投資的對比情況?；蛘呤菍τ谛碌漠a(chǎn)品或解決問題的方法不了解，或者是對這個(gè)新方法和傳統(tǒng)人工的對比不太清楚。這需要供應(yīng)商多做推動(dòng)。

對于用戶和供應(yīng)商之間的橋梁——集成商，同樣也是對機(jī)器視覺缺乏了解，不知道除了機(jī)械，普通傳感器以外還有一個(gè)方法就是通過畫面/圖像來做一些判斷。國內(nèi)系統(tǒng)集成商也非常缺乏，而國內(nèi)廠家的自制設(shè)備比例太低，這也是一個(gè)短時(shí)間內(nèi)無法解決的問題。

機(jī)器視覺的初期投資在國內(nèi)勞動(dòng)力成本較低的大背景下無疑是每一個(gè)準(zhǔn)備購買的人需要考慮的問題，這也給機(jī)器視覺系統(tǒng)提出了更高的要求，無論是價(jià)格還是性能。基于以上的認(rèn)識(shí)，業(yè)內(nèi)人士建議，在這一新產(chǎn)品的成長階段，早期的市場培育，客戶培育，或者說系統(tǒng)集成商的培育是非常重要的。所以我們花了許多時(shí)間在機(jī)器視覺基礎(chǔ)知識(shí)的培訓(xùn)上，希望步做到讓更多的人知道機(jī)器視覺，知道它的基本原理。

機(jī)器視覺的未來是非常樂觀，也是充滿信心的。相信在不斷提高自己的前提下，隨著國內(nèi)自動(dòng)化程度的提高，整個(gè)社會(huì)對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提升，制造業(yè)對生產(chǎn)效率要求的提升，機(jī)器視覺這個(gè)新產(chǎn)品，新概念也會(huì)深入人心。

就像現(xiàn)在的自動(dòng)化強(qiáng)國當(dāng)初經(jīng)歷過的這些階段一樣，在更大的市場上也會(huì)有更大的成績。所以說OMRON相信機(jī)器視覺的未來是光明的，道路也是漫長的。至于到具體的時(shí)間，可能要5年，也可能只要3年，或者更短，因?yàn)閲鴥?nèi)的發(fā)展一旦起步，速度將是驚人的。

編后記：當(dāng)前中國的食品和包裝機(jī)械的一個(gè)突出問題是新產(chǎn)品開發(fā)周期長，模仿多，新的創(chuàng)意少，這不僅與設(shè)計(jì)人員的知識(shí)水平有關(guān)，也和相關(guān)行業(yè)的發(fā)展有關(guān)。

國際先進(jìn)的作法是將各種機(jī)器元素以數(shù)據(jù)庫形式存入計(jì)算機(jī)，再把圖紙數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)合成三維模型，接著將過去曾經(jīng)發(fā)生過的生產(chǎn)線故障輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)即可演示實(shí)際工況，在用戶面前根據(jù)需要進(jìn)行修改。計(jì)算機(jī)合成速度快，修改工作迅速方便，如果用戶的某些要求達(dá)不到，計(jì)算機(jī)也會(huì)告訴你，以免除以后的糾紛。這種由計(jì)算機(jī)完成的仿真技術(shù)，大大縮短了包裝機(jī)械（生產(chǎn)線）的設(shè)計(jì)周期，客戶的滿意度也大大提高。

當(dāng)然，這種仿真技術(shù)的應(yīng)用亦提醒包裝機(jī)械的制造按照部件的功能要先進(jìn)行模塊化，各部件有統(tǒng)一接口，各模塊之間可以自由組合。這樣可以變包裝機(jī)械的單件小批生產(chǎn)為各種模塊的批量生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本。即使不是生產(chǎn)線而是單個(gè)機(jī)器，模塊式組合也可以縮短設(shè)計(jì)及制造周期，降低生產(chǎn)成本。而模塊化又可以使非標(biāo)準(zhǔn)零件走向標(biāo)準(zhǔn)化，使用戶排除故障方便快捷，也就降低了用戶的運(yùn)行成本。

應(yīng)用解答

全新的PresencePLUSProTM能夠以超低價(jià)格解決各種視覺檢測應(yīng)用難題。此視覺傳感器生產(chǎn)和組裝產(chǎn)生一些缺陷,這就會(huì)涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識(shí)別應(yīng)用，例如汽車零配件尺寸檢查和自動(dòng)裝配的完整性檢查等，而當(dāng)今企業(yè)之間的競爭中的“零缺陷”要求已經(jīng)不允許哪怕是0.1[%]的缺陷存在。因此,如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除產(chǎn)品缺陷,降低生產(chǎn)成本，成為汽車制造業(yè)企業(yè)關(guān)注的一個(gè)問題。新型的基于CCD相機(jī)的全功能視覺檢測傳感器PresencePLUSProtm應(yīng)運(yùn)而生，它通過抓取圖像并使用一個(gè)或多個(gè)視覺工具來進(jìn)行分析并給出判斷結(jié)果。視頻輸出、示教工具以及特別低的價(jià)格是它的優(yōu)勢。

PresencePLUSProtm具有非常友好的用戶界面，可替代多只普通的傳感器，安裝調(diào)整也更加簡便。它可在設(shè)定的范圍內(nèi)捕捉256級(jí)灰度圖像，并轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏鞍咨袼兀鶕?jù)參考像素值判斷被測圖像為“PASS或“FAIL。

PresencePLUSProtm具有以下特點(diǎn)：

1、功能強(qiáng)大，具有兩種可補(bǔ)償工件移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的定位工具、五種有圖像分析功能的視覺工具以及兩種用于測量或評估視覺工具檢測的結(jié)果的分析工具，可替代昂貴的視覺系統(tǒng)出色地解決特定的檢測應(yīng)用；

2、自動(dòng)示教或用戶自行設(shè)置：可直接照明被測物，調(diào)節(jié)攝像頭焦距，選擇檢測功能及分析方法，檢測的公差可通過示教或手動(dòng)進(jìn)行設(shè)置；

3、簡單的安裝及操作使用：可通過PC機(jī)設(shè)置，可同時(shí)進(jìn)行多次數(shù)據(jù)的檢測，并隨著被測物的移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，無需另外使用夾具；

4、全內(nèi)置Ethernet以太網(wǎng)及靈活的I/O接口和分離的視頻輸出允許用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻輸出。

為使定購簡單化，PresencePLUSProtm系統(tǒng)提供了完整的套件，包括單一傳感器應(yīng)用所必要的每一組件。所有套件包括一個(gè)傳感器、8/12/16mm的鏡頭、2/5/9m電纜、可見紅色光源和基座式安裝支架。特別套件也包括與WindowsPC相連的串口電纜，且?guī)в嘘P(guān)于PresencePLUSProtm軟件的免費(fèi)CD-ROM。

以下是PresencePLUSProtm的一些應(yīng)用舉例：

1、多工件定位

PresencePLUSProtm視覺系統(tǒng)配合LCF16LT鏡頭、高頻熒光燈光源及PLC提供的觸發(fā)信號(hào)，可進(jìn)行汽車儀表板裝配件上的泡沫塑料片及塑料螺母的到位及定位檢測。高頻熒光燈自上向下照明被測物，PresencePLUSProtm運(yùn)用像素檢測工具、目標(biāo)物工具、邊緣工具等來檢測泡沫塑料墊片及塑料工件的到位、方向及定位。

2、空氣壓縮機(jī)密封環(huán)的裝配檢測

正確安裝時(shí)，密封環(huán)可在工作表面前后移動(dòng)，因此，PresencePLUSProtm在確定方向前使用定位工具確認(rèn)工件的位置，觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)時(shí)進(jìn)行圖像捕捉，系統(tǒng)分析圖像確認(rèn)工件是否正確。

如果工件方向錯(cuò)誤，PresencePLUSProtm使用邊緣工具將無法確認(rèn)預(yù)設(shè)的邊緣，隨即警告操作者。

3、汽車門板密封膠均勻度檢測

汽車生產(chǎn)中，當(dāng)機(jī)械手在汽車門板涂抹密封膠后，門板移動(dòng)至檢測位置，兩套PresencePLUSProtm傳感器安裝于門板位置上方，自上而下檢測密封膠。高頻熒光燈要自上而下照明被測物，使用定位工具找到門板邊緣，然后使用多邊及目標(biāo)物工具監(jiān)控密封膠的寬度、位置及連續(xù)性。

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