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,如今最先進(jìn)的視覺傳感器正將傳統(tǒng)方法的最佳性能與史無(wú)前例的速度、精確度、尺寸及成本優(yōu)勢(shì)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(chǎng)中增長(zhǎng)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(wàn)像素。因此,無(wú)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(duì)準(zhǔn)的部件。此外,無(wú)論該機(jī)器部件位于視場(chǎng)中的哪個(gè)位置,無(wú)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。
　　視覺傳感器的優(yōu)勢(shì)
　　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最佳選擇。
　　隨著各行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈,利潤(rùn)率逐漸變小,制造商無(wú)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(cè)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(qǐng)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(wú)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)的專業(yè)支持。
　　盡管對(duì)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(wú)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(wú)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(shì)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(cè)量、定向、瑕疵檢測(cè)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(duì)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)需要大量專業(yè)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(shì)。現(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(cè)量和檢驗(yàn)流程。
　　機(jī)器視覺提高質(zhì)控效率
　　對(duì)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(duì)國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺市場(chǎng)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(duì)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(jiǎn)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(cè)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(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響。
　　對(duì)于機(jī)器視覺的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來說,目前國(guó)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(guó)外廠家,存在一個(gè)對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng),國(guó)內(nèi)文化了解的問題。大家都看到了國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)市場(chǎng)二十多年,近些年的機(jī)器視覺都在高速增長(zhǎng),但目前的市場(chǎng)銷售額還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒法和日本相比。
　　至于用戶這一端,最大的問題在于對(duì)機(jī)器視覺的不了解,當(dāng)然這也有國(guó)內(nèi)特殊情況的原因,就是國(guó)內(nèi)的勞動(dòng)力成本和機(jī)器視覺初期投資的對(duì)比情況�；蛘呤菍�(duì)于新的產(chǎn)品或解決問題的方法不了解,或者是對(duì)這個(gè)新方法和傳統(tǒng)人工的對(duì)比不太清楚。這需要供應(yīng)商多做推動(dòng)。
　　對(duì)于用戶和供應(yīng)商之間的橋梁——集成商,同樣也是對(duì)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(guó)內(nèi)系統(tǒng)集成商也非常缺乏,而國(guó)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(wú)法解決的問題。
　　機(jī)器視覺的初期投資在國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本較低的大背景下無(wú)疑是每一個(gè)準(zhǔn)備購(gòu)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(wú)論是價(jià)格還是性能�；�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(zhǎng)階段,早期的市場(chǎng)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,希望第一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(guó)內(nèi)自動(dòng)化程度的提高,整個(gè)社會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提升,制造業(yè)對(duì)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(guó)當(dāng)初經(jīng)歷過的這些階段一樣,在更大的市場(chǎng)上也會(huì)有更大的成績(jī)。所以說OMRON相信機(jī)器視覺的未來是光明的,道路也是漫長(zhǎng)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?guó)內(nèi)的發(fā)展一旦起步,速度將是驚人的。
　　編后記：當(dāng)前中國(guó)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(zhǎng),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(guó)際先進(jìn)的作法是將各種機(jī)器元素以數(shù)據(jù)庫(kù)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。

　　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(wàn)像素,因此,無(wú)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(wàn)像素。因此,無(wú)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(duì)準(zhǔn)的部件。此外,無(wú)論該機(jī)器部件位于視場(chǎng)中的哪個(gè)位置,無(wú)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。

　　全新的PresencePLUSProTM能夠以超低價(jià)格解決各種視覺檢測(cè)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(cè)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(jìng)爭(zhēng)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(cè)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)格是它最大的優(yōu)勢(shì)。
　　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(jiǎn)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�及白色像�?根據(jù)參考像素值判斷被測(cè)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(cè)量或評(píng)估視覺工具檢測(cè)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(cè)應(yīng)用；
　　2、自動(dòng)示教或用戶自行設(shè)置：可直接照明被測(cè)物,調(diào)節(jié)攝像頭焦距,選擇檢測(cè)功能及分析方法,檢測(cè)的公差可通過示教或手動(dòng)進(jìn)行設(shè)置；
　　3、簡(jiǎn)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(cè),并隨著被測(cè)物的移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整,無(wú)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(gòu)簡(jiǎn)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(cè)。高頻熒光燈自上向下照明被測(cè)物,PresencePLUSProtm運(yùn)用像素檢測(cè)工具、目標(biāo)物工具、邊緣工具等來檢測(cè)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(cè)
　　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(wú)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(cè)
　　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(cè)位置,兩套PresencePLUSProtm傳感器安裝于門板位置上方,自上而下檢測(cè)密封膠。高頻熒光燈要自上而下照明被測(cè)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。