文/ Lee Kielblock· 美國(guó)Banner工程公司高級(jí)應(yīng)用工程師
   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測(cè)選項(xiàng)中做出選擇，沒(méi)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。

圖1 視覺傳感器校驗(yàn)告訴傳送帶是否在傳送正確的部件

本文將比較各類傳感器選項(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)像素的能力。圖像的清晰和細(xì)膩程度通常用分辨率來(lái)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”細(xì)膩的目標(biāo)圖像。

圖2 由背光視覺傳感器找到的泡罩包裝中的破損藥片


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，以作出分析。例如，若視覺傳感器被設(shè)定為辨別正確的插有八顆螺栓的機(jī)器部件，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)，視覺傳感器都能作出判斷。

視覺傳感器應(yīng)用基本要素

1.照明
在視覺傳感器應(yīng)用中，照明是最重要的技術(shù)因素。光源的類型和位置，直接關(guān)系到是否能創(chuàng)建出最大目標(biāo)背景對(duì)比度的圖像。

2.工具
視覺傳感器使用算法來(lái)分析其捕獲的圖像。用途廣泛、功能全面的視覺傳感器提供多種算法（有時(shí)被稱作工具）。低成本視覺傳感器可能只包括一個(gè)工具，兩者都有自身適合的應(yīng)用。

圖3 在藥品包裝應(yīng)用中，視覺傳感器辨別包裝瓶上是否缺少標(biāo)簽


工具分成兩個(gè)基本類別：即線性和平面。兩者都注意圖像的變化，但方式卻有所不同。
(1)如果待關(guān)注的區(qū)域可預(yù)見，則線性工具是最佳選擇，因?yàn)樵摴ぞ叩乃俣群途_度都高于平面工具。例如，視覺傳感器能夠用線性工具（如切削具）來(lái)確?？焖偻ㄟ^(guò)組裝線的小瓶均已蓋緊。
(2)如果目標(biāo)的位置可能會(huì)變化，如可能在箱中某位置缺少一個(gè)或多個(gè)塑料瓶的塑料瓶箱，平面工具則最為實(shí)用。平面工具將檢查整箱是否與標(biāo)準(zhǔn)存在偏差。

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。

圖4 經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，知道如何監(jiān)視橫向和縱向位置的傳感器辨別出的誤貼標(biāo)簽
    隨著各行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)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(wèn)題，制造商正將檢驗(yàn)工作融入整個(gè)制造過(guò)程。
1.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5000～50000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(wèn)來(lái)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)比更高的解決方案。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(méi)。
2.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(lái)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(wèn) 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。
3.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(lái)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)用領(lǐng)域。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)和分檢。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，檢驗(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(méi)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。
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(lái)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。