文/ Lee Kielblock· 美國Banner工程公司高級應(yīng)用工程師
   在不久之前，設(shè)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(shè)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(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(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(yù)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）來確保快速通過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(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(fù)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(fù)雜性和高成本妨礙了其在許多行業(yè)中的應(yīng)用，其價格通常從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(shè)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(fù)雜的系統(tǒng)通常要求持續(xù)的專業(yè)支持。
    盡管對復(fù)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(yīng)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(yīng)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(shè)計者更大的靈活性。以往需要多個光電傳感器的應(yīng)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(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(dāng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fù)、多次、一致的檢驗。

不斷擴展的應(yīng)用范圍
     視覺傳感器的低成本和易用性已吸引機器設(shè)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(yīng)用領(lǐng)域。視覺傳感器的工業(yè)應(yīng)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(yīng)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。