基于OMRON FH系列視覺(jué)傳感器的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)研究

吳紅霞

（武漢東湖學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 湖北·武漢 430212）

0 引言

在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，存在大量檢測(cè)、識(shí)別、分揀具有高速大批量檢測(cè)、被測(cè)對(duì)象尺寸微小、檢測(cè)精度要求高等特點(diǎn)，利用人工無(wú)法連續(xù)穩(wěn)定檢測(cè)，于是，人們把目光轉(zhuǎn)向了機(jī)器視覺(jué)。機(jī)器視覺(jué)利用相機(jī)鏡頭來(lái)代替人類視覺(jué)并結(jié)合圖像處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別和檢測(cè)[1]，具有高效率、高自動(dòng)化、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)[2]，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)、食品加工等領(lǐng)域[3]。

本文以O(shè)MRON旗下的FH系列視覺(jué)產(chǎn)品為研究對(duì)象，對(duì)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1 視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)原理

本次研究借助本校視覺(jué)傳感器實(shí)訓(xùn)平臺(tái)來(lái)完成。該系統(tǒng)主要由FH控制器、FZ相機(jī)、3Z4S-LESV-1214H鏡頭和顯示器、光源等幾部分構(gòu)成。其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1：OMRON FH視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

OMRONFH系列是嵌入式圖像處理系統(tǒng)，F(xiàn)H圖像處理系統(tǒng)的核心是控制器、相機(jī)和鏡頭。在FH中，已對(duì)圖像處理檢查所需的圖像輸入、測(cè)量處理、顯示、輸出等進(jìn)行了打包，用戶可利用這些打包后的處理，按照?qǐng)D像處理檢查的執(zhí)行順序制作流程。FH將根據(jù)用戶制作流程執(zhí)行圖像處理檢查。

該視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)原理為：

相機(jī)將被測(cè)物體轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，并傳送到控制器，控制器中的圖像處理單元將圖像的像素分布、亮度和顏色等信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算以抽取目標(biāo)的面積、長(zhǎng)度、數(shù)量、位置等特征，最后根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的判斷條件輸出檢測(cè)結(jié)果，如：尺寸、角度、偏移、合格/不合格、有/無(wú)等。控制器中的輸出單元可將判定結(jié)果送給外部PC機(jī)或PLC等外部裝置進(jìn)行相應(yīng)控制。

2 視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試

該視覺(jué)系統(tǒng)采集的所有參數(shù)信息、用戶預(yù)設(shè)的判斷條件、輸出檢測(cè)結(jié)果等均可通過(guò)FZ軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

FZ軟件是與FH視覺(jué)傳感器配套使用的軟件，屬于可視化編程軟件，其特點(diǎn)是無(wú)須進(jìn)行代碼編寫(xiě)，只需要使用系統(tǒng)自帶的模塊便可完成對(duì)FH視覺(jué)傳感器的驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)，并且程序與結(jié)果的調(diào)整同步。

為了便于研究，本次選擇幾種不同形狀的工件和條形碼來(lái)作為本次實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)樣本。

2.1 工件檢測(cè)

在流水線上的工件存在大量缺陷，給用戶和商家?guī)?lái)比較大的困擾[4]。針對(duì)這一現(xiàn)象，利用FH視覺(jué)傳感器對(duì)工件樣本進(jìn)行檢測(cè)。

本次檢測(cè)樣本均為靜止條件下檢測(cè)，故相機(jī)參數(shù)均采用默認(rèn)值。

在FZ主畫(huà)面中點(diǎn)擊流程編輯按鈕，進(jìn)入流程編程界面。選擇檢查和測(cè)量中的“搜索”檢測(cè)方法，添加至左側(cè)空白項(xiàng)目中。搜索檢測(cè)的原理為將測(cè)量物的特征部分登錄為圖像模型，然后在輸入圖像中搜索與模型最相似的部分，可輸出其相似度、位置等信息。

接著點(diǎn)擊“搜索”按鈕進(jìn)入搜索檢測(cè)參數(shù)設(shè)置頁(yè)面，設(shè)置登錄模型。在模型登錄選項(xiàng)頁(yè)中設(shè)置檢測(cè)模型（本次選擇圓形為檢測(cè)模型）。

選擇區(qū)域設(shè)定選項(xiàng)頁(yè)進(jìn)行編輯，設(shè)置需要檢測(cè)目標(biāo)標(biāo)記的區(qū)域，接著進(jìn)入測(cè)量參數(shù)選項(xiàng)頁(yè)，點(diǎn)擊試測(cè)量的測(cè)量按鈕，依據(jù)測(cè)量值設(shè)置判定條件。如圖2、圖3所示。為了使測(cè)量值更精確，此次將相似度設(shè)置為80%－100%為合格。

圖2：檢測(cè)區(qū)域設(shè)置

圖3：判定條件設(shè)置

設(shè)置好后，就可以返回主界面進(jìn)行檢測(cè)。本次選擇了6種不同形狀，以長(zhǎng)方形和三角形為例，其檢測(cè)結(jié)果分別如圖4、圖5所示。從圖中可以看出，能輸出檢測(cè)結(jié)果和相應(yīng)位置信息等。

圖4：長(zhǎng)方形檢測(cè)

圖5：三角形檢測(cè)

6種形狀檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1：不同形狀模型測(cè)試數(shù)據(jù)

表1中，NG表示不合格，OK表示合格，即表示所檢測(cè)形狀是否符合目標(biāo)特征。在所測(cè)試6個(gè)樣本中，正方形和六角形的面積比較接近于目標(biāo)模型，所以相似度比較高。為了提高測(cè)試精度，可以在目標(biāo)特征中加入更多的判定條件。

這種檢測(cè)可用于識(shí)別測(cè)量對(duì)象的缺陷，也可識(shí)別不同的形狀，用于不同品種混入檢查。

2.2 條形碼檢測(cè)

條形碼可以標(biāo)出物品的生產(chǎn)廠家、商品名稱、生產(chǎn)日期等諸多信息，因而在商品流通、圖書(shū)管理等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在日常生活中也隨處可見(jiàn)。本次測(cè)試選擇4種條形碼樣本進(jìn)行檢測(cè)。

在流程編程界面中選擇檢查和測(cè)量中的“條形碼”檢測(cè)方法，添加至左側(cè)空白項(xiàng)目中。點(diǎn)擊“條形碼”按鈕進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置頁(yè)面，設(shè)置檢測(cè)區(qū)域。在測(cè)量參數(shù)頁(yè)面選擇碼型號(hào)為JAN/EAN/UPC，顯示顏色設(shè)置為藍(lán)色，其他均為默認(rèn)值。結(jié)果設(shè)定中勾選顯示碼品質(zhì)，輸出參數(shù)中選擇字符輸出。返回主界面進(jìn)行測(cè)試。

4種測(cè)試結(jié)果分別如圖6，圖7，圖8和圖9所示。

圖6：JAN/EAN、UPC條形碼檢測(cè)

圖7：CODE128條形碼檢測(cè)

圖8：CODE93條形碼檢測(cè)

圖9：教材條形碼檢測(cè)

這個(gè)功能可用于條形碼識(shí)別等場(chǎng)合，能輸出相關(guān)參數(shù)，并判斷出是否有缺陷。

2.3 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析

從兩組不同樣本的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：

（1）FH視覺(jué)傳感器系統(tǒng)可以有效、準(zhǔn)確地識(shí)別工件的不同形狀和不同條形碼，而且還能輸出精確參數(shù)信息；

（2）該視覺(jué)系統(tǒng)的功能非常強(qiáng)大，本次實(shí)驗(yàn)只測(cè)試了其中兩個(gè)非?；镜墓δ?。后續(xù)會(huì)對(duì)其他功能進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試。

3 結(jié)論

本文借助學(xué)校視覺(jué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)對(duì)OMRON旗下FH視覺(jué)傳感系統(tǒng)進(jìn)行了研究，通過(guò)兩組不同的實(shí)驗(yàn)樣本對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有高速性、高精度和便利性等特點(diǎn)，可用于檢測(cè)產(chǎn)品表面、尺寸、方向、顏色等特征，也可用于檢查標(biāo)簽或產(chǎn)品表面上面印刷的文字等場(chǎng)合，其軟件界面簡(jiǎn)單、清晰，功能強(qiáng)大，使用起來(lái)非常方便。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)中將有非常美好的前景[5-6]。