視覺傳感器在工業(yè)的應(yīng)用

李娜

摘 要：視覺傳感器在當(dāng)代科技飛速發(fā)展的帶動(dòng)下，以其高速度和高精度的優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。特別是在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，不僅提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還大大降低了勞動(dòng)成本。本文就視覺傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：視覺傳感器；條件檢測(cè)；定位控制

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

目前工業(yè)進(jìn)入現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)后，需要對(duì)處于生產(chǎn)過程中的工藝流程進(jìn)行檢驗(yàn)、計(jì)量、測(cè)量、定向、瑕疵檢測(cè)和分撿等，而這些工作完成的基礎(chǔ)是視覺傳感器的應(yīng)用。此外產(chǎn)品包裝的好壞直接影響著企業(yè)形象，因此產(chǎn)品完成后進(jìn)行包裝時(shí)也需要用到視覺傳感器，來檢查包裝是否符合規(guī)定、是否完整。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)及傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展促進(jìn)了視覺傳感系統(tǒng)的發(fā)展，和人眼比較視覺傳感系統(tǒng)在一些場(chǎng)合上檢測(cè)靈敏度非常高，因此視覺傳感器技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注和研究。相比于普通廣電傳感器來講，視覺傳感器靈活性更高、檢驗(yàn)范圍更大，使視覺傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。

1 視覺傳感器技術(shù)

20世紀(jì)50年代視覺傳感器出現(xiàn)后就得到迅速發(fā)展。視覺傳感器出現(xiàn)后成為機(jī)器人中最重要的一個(gè)傳感器，開始形成機(jī)器人視覺，而其一開始主要是在積木世界中應(yīng)用。一直到70年代才出現(xiàn)了具有現(xiàn)實(shí)意義的視覺系統(tǒng)，并在集成電路生產(chǎn)、飲料罐裝箱的檢驗(yàn)、定位中應(yīng)用，由此開始成為今天所說的視覺傳感器。

視覺傳感器主要是指利用照相機(jī)對(duì)目標(biāo)圖像信息進(jìn)行收集處理，計(jì)算出目標(biāo)圖像的特征如位置、數(shù)量、形狀等，并將數(shù)據(jù)和判斷結(jié)果輸出到傳感器中。在視覺傳感器中主要組成有照相機(jī)、圖像傳感器等。其中圖像傳感器主要有兩種，一種是是CCD。另一種是CMOS。這兩種視覺傳感器相比，CCD成像品質(zhì)較高，且具有一維圖像攝成的線陣CCD和二維平面圖像攝成的面陣CCD，因此在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中，CCD類型的傳感器應(yīng)用較多。如圖1所示為視覺傳感器組成。

用于工業(yè)檢驗(yàn)的方式很多如人工檢驗(yàn)、視覺系統(tǒng)、光電傳感器、視覺傳感器等，但經(jīng)過對(duì)幾種方式的比較分析可知，使用視覺傳感器系統(tǒng)檢測(cè)工業(yè)中相關(guān)技術(shù)指標(biāo)是最佳的選擇，主要是由于視覺傳感器具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）靈活性高

視覺傳感器可以對(duì)體積較大的物體進(jìn)行檢驗(yàn)，且在檢驗(yàn)中能根據(jù)物體所在位置進(jìn)行自我調(diào)整從而達(dá)到檢測(cè)環(huán)境最佳條件；在某些需要進(jìn)行切換的應(yīng)用中視覺傳感器也能很輕松的實(shí)現(xiàn)切換過程，如切換生產(chǎn)工序時(shí)主需要數(shù)秒鐘即可完成；視覺傳感器體積較小，不占用空間，在設(shè)置時(shí)比較靈活方便。

（2）成本低

使用視覺傳感器可低成本的實(shí)現(xiàn)重復(fù)、一次的檢驗(yàn)工作，極大的幫助企業(yè)節(jié)約了時(shí)間和人力成本。

（3）準(zhǔn)確度高

視覺傳感器中具有人工智能的特點(diǎn)，因此在應(yīng)用中具有較高的準(zhǔn)確度。

2 視覺傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用

當(dāng)前視覺傳感器技術(shù)已得到了十分廣泛的應(yīng)用，工業(yè)、科技等領(lǐng)域中都在廣泛使用。其中工業(yè)檢測(cè)、醫(yī)學(xué)圖像分析、交通安全、家電等領(lǐng)域的應(yīng)用是比較典型的，下面主要介紹下視覺傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用。

2.1 視覺傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中的定位控制

將視覺傳感器應(yīng)用于焊縫跟蹤自動(dòng)系統(tǒng)中已經(jīng)有了明顯效果。例如在儲(chǔ)汽罐、船體等形狀的焊接中，視覺傳感器代替了人眼，再配以外圍控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)焊接控制，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要有：

（1）信息豐富，主要是因?yàn)楹附踊芈泛蛡鞲衅魇遣粵_突的，因此提供的信息就較為豐富。（2）利用傳感器技術(shù)可以獲得大量信息，且信息測(cè)量的精度較高。（3）傳感器技術(shù)對(duì)強(qiáng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)有較強(qiáng)的抗干擾能力，不會(huì)影響其工作。（4）在工作時(shí)不用接觸到產(chǎn)品，因此對(duì)各種坡口形狀都能進(jìn)行檢測(cè)。（5）能同時(shí)控制焊接跟蹤和焊接質(zhì)量。傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)焊接跟蹤方式主要是：先獲取圖像信息，圖像信息主要是通過CCD傳感器獲得的；再通過識(shí)別、分析、處理圖像得到焊槍中心、焊縫中心的位置信息；最后控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)焊槍中心和焊縫中心的位置信息調(diào)節(jié)焊槍位置，實(shí)現(xiàn)焊接跟蹤。視覺傳感器的使用除了能高精度確定出焊縫中心位置外，對(duì)焊縫斷面形狀、面積等信息也能進(jìn)行檢測(cè)。都東等指出利用視覺傳感器獲取焊接對(duì)象信息時(shí)可采用以焊接對(duì)象宏觀三維結(jié)構(gòu)特征為基礎(chǔ)的視覺傳感方法和以焊接對(duì)象與去光學(xué)特征為基礎(chǔ)的視覺傳感方法兩種方法，獲取焊接信息時(shí)采用的傳感方式有三種，即焊前、焊中和焊后。因此，與傳統(tǒng)焊接方法相比，視覺系統(tǒng)在焊接領(lǐng)域的發(fā)展空間更為廣闊。

2.2 視覺傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中的條件檢測(cè)

視覺傳感器的工業(yè)條件檢測(cè)應(yīng)用是非常廣泛的，在工業(yè)生產(chǎn)中，視覺傳感器往往需要與工業(yè)控制系統(tǒng)，如機(jī)械手，PLC、伺服電機(jī)等相配合，它將計(jì)算機(jī)、顯示器等作為圖像處理和顯示設(shè)備并配以相應(yīng)軟件以完成更為復(fù)雜的視覺檢測(cè)任務(wù)，如圖2所示為DQ200視覺檢測(cè)系統(tǒng)。視覺傳感器被安裝在機(jī)械手上，PLC控制六軸機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，從而將視覺傳感器帶到所需位置拍照，實(shí)現(xiàn)了對(duì)待檢測(cè)工件的多方位自動(dòng)拍攝。拍攝完畢后，圖像將被傳送給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)通過相關(guān)軟件完成復(fù)雜的圖像處理和分析，并將最后的分析結(jié)果通過通訊接口發(fā)回給PLC，而PLC將控制外圍設(shè)備根據(jù)檢測(cè)結(jié)果做出相應(yīng)的動(dòng)作。由此可見，利用視覺傳感器和外圍控制系統(tǒng)相組合，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的工業(yè)自動(dòng)化檢測(cè)，而視覺傳感器則是工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中不可或缺的部分。

又如在藥品生產(chǎn)中，藥品生產(chǎn)日期的檢測(cè)十分重要。傳統(tǒng)檢測(cè)主要依賴于人眼，但由于人眼的局限性，難免漏檢，如果出現(xiàn)了這種情況就需要全部重檢測(cè)，這就提高了藥品的生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率。因此何梓濱就提出在藥品生產(chǎn)日期檢測(cè)中使用視覺傳感器技術(shù)，還專門設(shè)計(jì)了視覺傳感器檢測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過測(cè)試證明此系統(tǒng)在藥品生產(chǎn)日期檢測(cè)中具有可行性。此外他還詳細(xì)講述了視覺傳感器的組成及對(duì)圖像進(jìn)行捕捉時(shí)的處理流程，通過對(duì)視覺傳感器的詳細(xì)分析得出在藥品生產(chǎn)日期檢測(cè)中使用視覺傳感器代替人眼工作，極大的提高了工作效率，降低了人力資源的使用和生產(chǎn)成本，促進(jìn)了產(chǎn)品自動(dòng)化速度的進(jìn)一步提高。

3 視覺傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

目前世界傳感器由于攝像機(jī)在標(biāo)定過程中程序比較復(fù)雜，就會(huì)造成精確度不高等問題，目前只能在大批量、重復(fù)率高且目標(biāo)對(duì)象差異不大的情況下適用，在目標(biāo)對(duì)象存在較大差異的環(huán)境中應(yīng)用就有點(diǎn)困難。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，視覺傳感器未來發(fā)展將是十分可觀的，也是充滿希望的。且隨著制造業(yè)的發(fā)展和視覺傳感器需求的增多，視覺傳感器相關(guān)產(chǎn)品將會(huì)越來越多，技術(shù)也會(huì)得以很大的提高，視覺傳感器在應(yīng)用上將從低端向高端發(fā)展，并朝著智能化、一體化方向發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)

雖然視覺傳感器技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，但需要提升的空間還很大。相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)的持續(xù)發(fā)展視覺傳感器也會(huì)隨之發(fā)展，不斷提高其集成度、智能化程度，提高其可靠性、精確性和可控性，在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用中發(fā)揮出更大的作用，幫助工業(yè)生產(chǎn)降低人力成本，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高。隨著新材料的不斷開發(fā)，未來視覺傳感器功能將更強(qiáng)大，適用范圍將更廣。

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