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機(jī)器視覺系統(tǒng)在包裝行業(yè)中的應(yīng)用

2006-07-06 08:40 來(lái)源：《包裝材料與容器》責(zé)編：中華印刷包裝網(wǎng)

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市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)機(jī)器視覺發(fā)展

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，例如電子裝配線的元件自動(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。通常這種帶有高度重復(fù)性和智能性的工作只能靠人工檢測(cè)來(lái)完成，我們經(jīng)常在一些工廠的現(xiàn)代化流水線后面看到數(shù)以百計(jì)的檢測(cè)工人來(lái)執(zhí)行這道工序，這在給工廠增加巨大的人工成本和管理成本的同時(shí)，仍然不能保證100%的檢驗(yàn)合格率（即“零缺陷”）。而當(dāng)今企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)，顯然已經(jīng)不允許0.1%的缺陷存在。

這時(shí)，人們開始考慮把計(jì)算機(jī)的快速性、可靠性、結(jié)果的可重復(fù)性，與人類視覺的高度智能化和抽象能力相結(jié)合，由此產(chǎn)生了機(jī)器視覺的概念。機(jī)器視覺的特點(diǎn)是自動(dòng)化、客觀、非接觸和高精度，與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)相比，機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)的是精度和速度，以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的可靠性。機(jī)器視覺適用于大批量生產(chǎn)過(guò)程中的測(cè)量、檢查和辨識(shí)，如：零件裝配完整性，裝配尺寸精度，零件加工精度，位置及角度測(cè)量，零件識(shí)別，特性字符識(shí)別等，其最大的應(yīng)用行業(yè)為：制藥、制造、食品、飲料、醫(yī)學(xué)等，如：對(duì)高速貼片機(jī)上對(duì)電子元件的快速定位；對(duì)管腳數(shù)目的檢查；對(duì)IC表面印字符的辨識(shí)；膠囊生產(chǎn)中對(duì)膠囊壁厚和外觀缺陷的檢查；軸承生產(chǎn)中對(duì)滾珠數(shù)量和破損情況的檢查；食品包裝上面對(duì)生產(chǎn)日期的辨識(shí)；對(duì)標(biāo)簽貼放位置的檢查。目前，國(guó)際上視覺系統(tǒng)的應(yīng)用方興未艾，1998年的市場(chǎng)規(guī)模為46億美元，而在我國(guó)國(guó)內(nèi)，工業(yè)視覺系統(tǒng)尚處于概念導(dǎo)入期，各行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)在解決了生產(chǎn)自動(dòng)化的問題以后，已開始將目光轉(zhuǎn)向視覺測(cè)量自動(dòng)化方面。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成和分類

機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是通過(guò)機(jī)器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分COMS和CCD兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺來(lái)替代人工視覺。同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。另外，機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成的基礎(chǔ)技術(shù)。

一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括如下部分：光源、鏡頭、CCD照相機(jī)、圖像處理單元（或圖像捕獲卡）、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊（輸入輸出單元）等，其工作流程為：首先采用攝像機(jī)獲得被測(cè)目標(biāo)的圖像信號(hào)，然后通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布、亮度和顏色等信息，進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，然后再根據(jù)預(yù)設(shè)的判別準(zhǔn)則輸出判斷結(jié)果，控制驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的處理。機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù)，其中包括數(shù)字圖像處理技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)、控制技術(shù)、光源照明技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)等。機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)實(shí)用性，要求能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，要有合理的性價(jià)比、通用的工業(yè)接口、較高的容錯(cuò)能力和安全性，并具有較強(qiáng)的通用性和可移植性，它更強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性，要求高速度和高精度。

總之，應(yīng)用機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠大幅降低檢驗(yàn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加快生產(chǎn)速度和效率。作為高精度、非接觸的測(cè)量方案，視覺系統(tǒng)涉及到光學(xué)和圖像處理算法，本身就是高度專業(yè)化的產(chǎn)品，在整個(gè)測(cè)量控制系統(tǒng)中，往往要與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)配合完成位置矯正和進(jìn)給控制。另外，生產(chǎn)線上對(duì)多工序進(jìn)行同步連續(xù)檢測(cè)時(shí)，必須使視覺系統(tǒng)具備分布式聯(lián)網(wǎng)能力。機(jī)器視覺與運(yùn)動(dòng)控制，網(wǎng)絡(luò)通訊等先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合正在改變工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的面貌。

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