文/ Lee Kielblock· 美國Banner工程公司高級應用工程師
   在不久之前，設計質(zhì)量控制系統(tǒng)的工程師還不得不在若干種檢測選項中做出選擇，沒有一種完全令人滿意。這些選項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。然而，如今最先進的視覺傳感器正將傳統(tǒng)方法的最佳性能與史無前例的速度、精確度、尺寸及成本優(yōu)勢相結(jié)合。

圖1 視覺傳感器校驗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)以千計像素的能力。圖像的清晰和細膩程度通常用分辨率來衡量，以像素數(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，無論距離目標數(shù)米或數(shù)厘米遠，傳感器都能“看到”細膩的目標圖像。

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)存中存儲的基準圖像進行比較，以作出分析。例如，若視覺傳感器被設定為辨別正確的插有八顆螺栓的機器部件，或者螺栓未對準的部件。此外，無論該機器部件位于視場中的哪個位置，無論該部件是否在360度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，視覺傳感器都能作出判斷。

視覺傳感器應用基本要素

1.照明
在視覺傳感器應用中，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)建出最大目標背景對比度的圖像。

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

圖3 在藥品包裝應用中，視覺傳感器辨別包裝瓶上是否缺少標簽


工具分成兩個基本類別：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)域可預見，則線性工具是最佳選擇，因為該工具的速度和精確度都高于平面工具。例如，視覺傳感器能夠用線性工具（如切削具）來確?？焖偻ㄟ^組裝線的小瓶均已蓋緊。
(2)如果目標的位置可能會變化，如可能在箱中某位置缺少一個或多個塑料瓶的塑料瓶箱，平面工具則最為實用。平面工具將檢查整箱是否與標準存在偏差。

視覺傳感器的優(yōu)勢

   在可用的檢驗備選方案中，即視覺系統(tǒng)、光電傳感器、人工檢驗，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)過訓練，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簽
    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，制造商正將檢驗工作融入整個制造過程。
1.視覺系統(tǒng)與視覺傳感器之比較
復雜的視覺系統(tǒng)是一項成熟的技術(shù)，可執(zhí)行細致的自動檢驗。但是，復雜性和高成本妨礙了其在許多行業(yè)中的應用，其價格通常從5000～50000美元以上。這些復雜的視覺系統(tǒng)需要一個或多個攝像頭、定制軟件以及一臺計算機。它們往往需要聘請外部視覺顧問來設計、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。這些復雜的系統(tǒng)通常要求持續(xù)的專業(yè)支持。
    盡管對復雜視覺系統(tǒng)的需求仍然存在，但是更廉價、更容易使用的視覺傳感器的推出，為一些工業(yè)應用提供了性價比更高的解決方案。此外，由于視覺傳感器更小、更易使用，制造商會更頻繁地在檢驗和校驗應用中采用視覺解決方案。視覺傳感器在工廠自動化的品質(zhì)提高及生產(chǎn)效率改進方面功不可沒。
2.光電傳感器與視覺傳感器之比較
    與光電傳感器相比，視覺傳感器賦予機器設計者更大的靈活性。以往需要多個光電傳感器的應用，現(xiàn)在可以用一個視覺傳感器來檢驗多項特征。視覺傳感器能夠檢驗大得多的面積，并實現(xiàn)了更佳的目標位置和方向靈活性。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用中受到廣泛歡迎。在傳統(tǒng)上，這些應用還需要昂貴的配件，以及能夠確保目標物體始終以同一位置和姿態(tài)出現(xiàn)的精確運動控制。
    此外，由于一個基本視覺傳感器的成本僅相當于數(shù)個具有較貴配件的光電傳感器，因此價格已不再是問 題。
   視覺傳感器為應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。附加的檢驗條件可輕松地添加到此應用中。
3.人工檢驗和視覺傳感器之比較
無論工廠自動化有何進步，許多檢驗仍用肉眼來完成。但是，在大多數(shù)應用中，視覺傳感器的許多優(yōu)勢非手動檢驗流程所能及。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、多次、一致的檢驗。

不斷擴展的應用范圍
     視覺傳感器的低成本和易用性已吸引機器設計師和工藝工程師將其集成入各類曾經(jīng)依賴人工、多個光電傳感器，或根本不檢驗的應用領(lǐng)域。視覺傳感器的工業(yè)應用包括檢驗、計量、測量、定向、瑕疵檢測和分檢。以下只是一些應用范例：
● 在汽車組裝廠，檢驗由機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簽。
● 在藥品包裝生產(chǎn)線，檢驗阿斯匹林藥片的泡罩式包裝中是否有破損或缺失的藥片。
● 在金屬沖壓公司，以每分鐘逾150片的速度檢驗沖壓部件——比人工檢驗快13倍以上。
對于視覺傳感器而言，這是一個激動人心的時刻。曾經(jīng)需要大量專業(yè)知識的技術(shù)，現(xiàn)在變得經(jīng)濟、易用。采用該技術(shù)的未來產(chǎn)品開發(fā)將繼續(xù)此趨勢。現(xiàn)在的挑戰(zhàn)是如何讓各個行業(yè)意識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、測量和檢驗流程。