前言：
在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢查、測(cè)量和零件識(shí)別應(yīng)用，例如汽車(chē)零配件尺寸檢查和自動(dòng)裝配的完整性檢查，電子裝配線(xiàn)的元件自動(dòng)定位，飲料瓶蓋的印刷質(zhì)量檢查，產(chǎn)品包裝上的條碼和字符識(shí)別等。這類(lèi)應(yīng)用的共同特點(diǎn)是連續(xù)大批量生產(chǎn)、對(duì)外觀質(zhì)量的要求非常高。
檢測(cè)的方式多種多樣，在這里提倡是的利用視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，與普通光電傳感器相比，視覺(jué)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(jué)傳感器來(lái)檢驗(yàn)多項(xiàng)特征。視覺(jué)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(jué)傳感器在某些原先只有依靠光電傳感器才能解決的應(yīng)用中受到廣泛歡迎。
本文將以包裝行業(yè)較為常見(jiàn)的檢測(cè)環(huán)節(jié)深入介紹視覺(jué)傳感系統(tǒng)的功能，并以美國(guó)邦納公司的視覺(jué)系統(tǒng)為例證明為什么視覺(jué)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(jué)檢測(cè)案例：檢測(cè)奶粉罐內(nèi)鋁膜縫隙及小勺缺損
圖一：檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
包裝行業(yè)中產(chǎn)品都需經(jīng)過(guò)一道盒裝檢測(cè)，最終都需要進(jìn)行盒裝，圖一是一家奶粉生產(chǎn)企業(yè)針對(duì)奶粉罐中小勺檢測(cè)方案，該客戶(hù)需要將整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)可分為兩個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)系統(tǒng)：A.鋁膜視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)—用于檢測(cè)鋁膜有無(wú)及鋁膜是否密封，將檢測(cè)結(jié)果直接傳送給剔除機(jī)構(gòu);B.小勺視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)—用于檢測(cè)奶粉罐內(nèi)小勺有無(wú)，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤直接停止流水線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，客戶(hù)的要求是極其嚴(yán)格的，項(xiàng)目需要達(dá)到下列的要求：
1. 檢測(cè)系統(tǒng)需能檢測(cè)出奶粉罐最小鋁膜僅達(dá)到 2mmX50mm 的裂縫;
2. 當(dāng)檢測(cè)到不合格產(chǎn)品能通過(guò)指示燈報(bào)警，并且停止產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行;
3. 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)能夠通過(guò)按鈕控制啟動(dòng)產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn);
4. 視覺(jué)系統(tǒng)能夠切換檢測(cè)程序，并能夠顯示在線(xiàn)檢測(cè)畫(huà)面及存儲(chǔ)相應(yīng)的檢測(cè)信息;
針對(duì)以上客戶(hù)的要求，采用美國(guó)邦納的P4OMINI視覺(jué)相機(jī)系統(tǒng)分兩部分進(jìn)行檢測(cè):
第一部分：鋁膜檢測(cè)部分
檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)兩臺(tái)30 萬(wàn)像素視覺(jué)相機(jī)分兩路同時(shí)檢測(cè)，用于檢測(cè)鋁膜有無(wú)及鋁膜是否密封，兩臺(tái)相機(jī)與人機(jī)界面組成局域網(wǎng)絡(luò)，硬件組成部分包括光電傳感器、視覺(jué)相機(jī)、觸發(fā)裝置、光源、PLC/HMI一體機(jī)、工業(yè)智能指示燈、剔除裝置等。當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤的時(shí)候，每臺(tái)相機(jī)分別輸出次品信號(hào)給相應(yīng)的剔除裝置，從而錯(cuò)誤產(chǎn)品剔除。
以下為視覺(jué)檢測(cè)效果圖：
圖二：視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)鋁膜
視覺(jué)系統(tǒng)配置:
視覺(jué)系統(tǒng)配置(兩套相同配置)：視覺(jué)相機(jī)采用Banner P4一體化智能相機(jī)，鏡頭采用4mm高能鏡，光源采用四面可調(diào)高能紅光，觸發(fā)傳感器采用Banner QS18 反射板式，信息系統(tǒng)采用Banner TL5工業(yè)智能指示燈，后臺(tái)采用Banner SHP一體式控制器(PLC+HMI)系統(tǒng)，電源采用220VAC 電源輸入—給光源供電、24VDC 電源給視覺(jué)系統(tǒng)及人機(jī)界面系統(tǒng)，另外可輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)提供給剔除機(jī)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)按鈕可控制啟動(dòng)和停止流水線(xiàn)的功能。
第二部分：小勺檢測(cè)部分
通過(guò)一臺(tái)30 萬(wàn)像素視覺(jué)相機(jī)檢測(cè)，通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)直接連接到人機(jī)界面，并通過(guò)人機(jī)界面顯示相關(guān)檢測(cè)信息，如：檢測(cè)畫(huà)面、次品數(shù)量、合格品數(shù)量等等，當(dāng)相機(jī)發(fā)現(xiàn)次品，輸出信號(hào)給急停裝置，將流水線(xiàn)停止。
以下為視覺(jué)檢測(cè)效果圖：
圖三：視覺(jué)系統(tǒng)檢小勺
硬件配置:
視覺(jué)相機(jī)采用Banner P4一體化智能相機(jī)，鏡頭采用4mm高能鏡頭，光源采用四面可調(diào)高能藍(lán)光，觸發(fā)傳感器采用Banner QS18 反射板式，信息系統(tǒng)采用Banner TL50工業(yè)智能指示燈，后臺(tái)采用Banner SHP一體式控制器(PLC+HMI)系統(tǒng)，電源采用220VAC 電源輸入—給光源供電、24VDC 電源給視覺(jué)系統(tǒng)及人機(jī)界面系統(tǒng)。
第三部分：顯示信號(hào)裝置
通過(guò)視覺(jué)相機(jī)檢測(cè)出非合格產(chǎn)品之后，視覺(jué)相機(jī)發(fā)送出信號(hào)，該客戶(hù)采用了邦納的TL50指示燈作為顯示信號(hào)結(jié)果裝置，TL50塔燈融合了高亮度、長(zhǎng)壽命、通用型等多種與眾不同的特點(diǎn)，外型漂亮且堅(jiān)固。
奶粉罐通過(guò)了視覺(jué)檢測(cè)之后，視覺(jué)系統(tǒng)的信號(hào)通過(guò)Banner TL50塔燈實(shí)現(xiàn)了快速響應(yīng);通過(guò)塔燈中不同顏色的閃爍頻率和多種顏色的閃爍組合，傳遞不同的信息，如果是非合格奶粉罐，則TL50“次品”燈亮起，如果合格奶粉罐，TL50“合格”燈亮起。TL50塔燈的發(fā)光柔和、清晰不刺眼，而所需的功率僅為2W(傳統(tǒng)塔燈的功率為15W)，壽命高達(dá)10萬(wàn)小時(shí)的特點(diǎn)在奶粉罐檢測(cè)中發(fā)揮顯著功能。
圖四：實(shí)拍現(xiàn)場(chǎng)圖Banner TL50(一)
圖五：實(shí)拍現(xiàn)場(chǎng)圖Banner TL50(二)
圖六：實(shí)拍現(xiàn)場(chǎng)圖(三)
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第四部分：PLC/HMI及次品剔除后臺(tái)裝置
檢測(cè)出非合格產(chǎn)品之后，后臺(tái)PLC系統(tǒng)接收到信號(hào)，從而進(jìn)行次品的剔除動(dòng)作，該奶粉廠采用了Banner SHP一體式控制器裝置，Banner SHP控制器是與傳統(tǒng)的控制產(chǎn)品不同，新型的邦納SHP控制器可以同時(shí)完成PLC和觸摸屏的功能，集成I/O和網(wǎng)絡(luò)接口人機(jī)界面，成本大大低于同性能PLC與人機(jī)界面組合。
當(dāng)接到到視覺(jué)系統(tǒng)發(fā)出的非合格產(chǎn)品的信號(hào)之后，SHP控制器作出邏輯判斷之后，啟動(dòng)剔除裝置把次品從流水線(xiàn)剔除出來(lái)，并且在HMI觸摸屏顯示出信息。如圖七，八，九該系統(tǒng)軟件可同時(shí)顯示2幅檢測(cè)畫(huà)面。圖十是Banner QS18定位裝置。
圖七：SHP一體式控制器HMI觸摸屏
圖八：實(shí)拍現(xiàn)場(chǎng)圖
圖九：剔除次品裝置
圖十：Banner QS18定位裝置
以上通過(guò)一個(gè)實(shí)際的牛奶粉盒檢測(cè)案例了簡(jiǎn)述了在可用的檢驗(yàn)備選方案中，即視覺(jué)系統(tǒng)、光電傳感器、PLC/HMI系統(tǒng)，工業(yè)智能燈系統(tǒng)等多種自動(dòng)化產(chǎn)品在檢測(cè)方式的綜合運(yùn)用。
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(jué)傳感器的許多優(yōu)勢(shì)非手動(dòng)檢驗(yàn)流程所能及。視覺(jué)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)。視覺(jué)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(lèi)曾經(jīng)依賴(lài)人工、多個(gè)光電傳感器，或根本不檢驗(yàn)的應(yīng)用。視覺(jué)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)和分撿。以下以圖片展示一些在包裝應(yīng)用行業(yè)其他范例：
◆ 在瓶裝廠，校驗(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
◆ Banner iVu BCR視覺(jué)系統(tǒng)在印刷說(shuō)明書(shū)生產(chǎn)線(xiàn)，確保在正確的位置打印出正確的包裝條形碼
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◆Banner iVu 視覺(jué)相機(jī)在藥品包裝生產(chǎn)線(xiàn)，檢驗(yàn)阿斯匹林藥片盒中是否正確放置說(shuō)明書(shū)
◆Banner iVu 視覺(jué)相機(jī)在食品飲料包裝生產(chǎn)線(xiàn)，檢驗(yàn)包裝盒外日期是否正確打碼
◆Banner iVu 視覺(jué)相機(jī)藥粒泡罩檢測(cè)，視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)所有泡罩內(nèi)的藥粒都是完好無(wú)損
◆Banner iVu 視覺(jué)相機(jī)在藥劑瓶包裝生產(chǎn)線(xiàn)上，檢驗(yàn)藥劑瓶瓶蓋是否完好、瓶口是否破損及灌裝液位測(cè)量
結(jié)束語(yǔ)：
以上綜合介紹了幾個(gè)在食品和藥品生產(chǎn)中典型機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)應(yīng)用，推廣機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)，首先要使食藥品包裝企業(yè)更多的了解機(jī)器視覺(jué)。裝在哪里、怎么安裝、如何達(dá)到最好效果、能帶來(lái)什么具體效益，這一切都需要不斷地普及和宣傳。印刷包裝行業(yè)的從業(yè)者要提出自己的具體需求，學(xué)習(xí)和掌握機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的概念和操作;機(jī)器視覺(jué)行業(yè)的從業(yè)者要了解印刷的工藝，生產(chǎn)流程，操作方式和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，只有兩者的緊密結(jié)合，才能有真正符合中國(guó)國(guó)情的自動(dòng)化視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，才能達(dá)到提高質(zhì)量、提高效率、降低成本的目的。
盡管對(duì)復(fù)雜視覺(jué)系統(tǒng)的包裝檢測(cè)需求仍然存在，但是更廉價(jià)、更容易使用的視覺(jué)傳感器的推出，為一些工業(yè)應(yīng)用提供了性?xún)r(jià)比更佳的解決方案。此外，由于視覺(jué)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(jué)解決方案。
作為世界范圍內(nèi)傳感器知名品牌，邦納公司了解客戶(hù)的需求， 從單一的視覺(jué)檢測(cè)到視覺(jué)系統(tǒng)集成，邦納公司均可提供完整的視覺(jué)檢測(cè)方案。“讓視覺(jué)簡(jiǎn)單化”是邦納公司一直倡導(dǎo)并不斷追求的設(shè)計(jì)理念，因?yàn)槲覀兩钪獰o(wú)論什么產(chǎn)品最終都要服務(wù)于用戶(hù)，所以如何讓用戶(hù)使用產(chǎn)品時(shí)感覺(jué)簡(jiǎn)單方便，容易上手這是我們?cè)谠O(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)要考慮的一個(gè)重要因素。視覺(jué)檢測(cè)方案主要包括兩個(gè)方面：硬件—相機(jī)，控制器，光源及支架;軟件—控制系統(tǒng)，圖形用戶(hù)界面(GUI)和圖像分析算法。邦納為全世界食品及藥品制造企業(yè)提供所有這些視覺(jué)檢測(cè)成功的解決方案和技術(shù)支持。
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