視覺傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用

　　當(dāng)前視覺傳感器技術(shù)已得到了十分廣泛的應(yīng)用，工業(yè)、科技等領(lǐng)域中都在廣泛使用。其中工業(yè)檢測、醫(yī)學(xué)圖像分析、交通安全、家電等領(lǐng)域的應(yīng)用是比較典型的，下面主要介紹下視覺傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用。

　　1、視覺傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中的定位控制

　　將視覺傳感器應(yīng)用于焊縫跟蹤自動系統(tǒng)中已經(jīng)有了明顯效果。例如在儲汽罐、船體等形狀的焊接中，視覺傳感器代替了人眼，再配以外圍控制系統(tǒng)能實現(xiàn)實時焊接控制，其技術(shù)優(yōu)勢主要有：

　　（1）信息豐富，主要是因為焊接回路和傳感器是不沖突的，因此提供的信息就較為豐富。

　　（2）利用傳感器技術(shù)可以獲得大量信息，且信息測量的精度較高。

　　（3）傳感器技術(shù)對強電場和磁場有較強的抗干擾能力，不會影響其工作。

　　（4）在工作時不用接觸到產(chǎn)品，因此對各種坡口形狀都能進行檢測。

　　（5）能同時控制焊接跟蹤和焊接質(zhì)量。傳感器技術(shù)實現(xiàn)焊接跟蹤方式主要是：先獲取圖像信息，圖像信息主要是通過CCD傳感器獲得的；再通過識別、分析、處理圖像得到焊槍中心、焊縫中心的位置信息；最后控制系統(tǒng)會根據(jù)焊槍中心和焊縫中心的位置信息調(diào)節(jié)焊槍位置，實現(xiàn)焊接跟蹤。視覺傳感器的使用除了能高精度確定出焊縫中心位置外，對焊縫斷面形狀、面積等信息也能進行檢測。都東等指出利用視覺傳感器獲取焊接對象信息時可采用以焊接對象宏觀三維結(jié)構(gòu)特征為基礎(chǔ)的視覺傳感方法和以焊接對象與去光學(xué)特征為基礎(chǔ)的視覺傳感方法兩種方法，獲取焊接信息時采用的傳感方式有三種，即焊前、焊中和焊后。因此，與傳統(tǒng)焊接方法相比，視覺系統(tǒng)在焊接領(lǐng)域的發(fā)展空間更為廣闊。

　　2、視覺傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中的條件檢測

　　視覺傳感器的工業(yè)條件檢測應(yīng)用是非常廣泛的，在工業(yè)生產(chǎn)中，視覺傳感器往往需要與工業(yè)控制系統(tǒng)，如機械手，PLC、伺服電機等相配合，它將計算機、顯示器等作為圖像處理和顯示設(shè)備并配以相應(yīng)軟件以完成更為復(fù)雜的視覺檢測任務(wù)，如圖2所示為DQ200視覺檢測系統(tǒng)。視覺傳感器被安裝在機械手上，PLC控制六軸機械手的運動，從而將視覺傳感器帶到所需位置拍照，實現(xiàn)了對待檢測工件的多方位自動拍攝。拍攝完畢后，圖像將被傳送給計算機，由計算機通過相關(guān)軟件完成復(fù)雜的圖像處理和分析，并將最后的分析結(jié)果通過通訊接口發(fā)回給PLC，而PLC將控制外圍設(shè)備根據(jù)檢測結(jié)果做出相應(yīng)的動作。由此可見，利用視覺傳感器和外圍控制系統(tǒng)相組合，可以實現(xiàn)真正意義上的工業(yè)自動化檢測，而視覺傳感器則是工業(yè)自動檢測系統(tǒng)中不可或缺的部分。

　　又如在藥品生產(chǎn)中，藥品生產(chǎn)日期的檢測十分重要。傳統(tǒng)檢測主要依賴于人眼，但由于人眼的局限性，難免漏檢，如果出現(xiàn)了這種情況就需要全部重檢測，這就提高了藥品的生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率。因此何梓濱就提出在藥品生產(chǎn)日期檢測中使用視覺傳感器技術(shù)，還專門設(shè)計了視覺傳感器檢測系統(tǒng)，經(jīng)過測試證明此系統(tǒng)在藥品生產(chǎn)日期檢測中具有可行性。此外他還詳細講述了視覺傳感器的組成及對圖像進行捕捉時的處理流程，通過對視覺傳感器的詳細分析得出在藥品生產(chǎn)日期檢測中使用視覺傳感器代替人眼工作，極大的提高了工作效率，降低了人力資源的使用和生產(chǎn)成本，促進了產(chǎn)品自動化速度的進一步提高。

　　3、視覺傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展趨勢

　　目前世界傳感器由于攝像機在標(biāo)定過程中程序比較復(fù)雜，就會造成精確度不高等問題，目前只能在大批量、重復(fù)率高且目標(biāo)對象差異不大的情況下適用，在目標(biāo)對象存在較大差異的環(huán)境中應(yīng)用就有點困難。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，視覺傳感器未來發(fā)展將是十分可觀的，也是充滿希望的。且隨著制造業(yè)的發(fā)展和視覺傳感器需求的增多，視覺傳感器相關(guān)產(chǎn)品將會越來越多，技術(shù)也會得以很大的提高，視覺傳感器在應(yīng)用上將從低端向高端發(fā)展，并朝著智能化、一體化方向發(fā)展。

　　視覺傳感技術(shù)的應(yīng)用案例

　　1、汽車車身視覺檢測系統(tǒng)

　　車身成型是汽車制造的關(guān)鍵工序之一，對車身的各項指標(biāo)要求嚴格，需對車身進行100%的檢測。傳統(tǒng)的車身檢測方法是利用三坐標(biāo)測量機，其操作復(fù)雜，速度慢，工期長，只能進行抽檢。

　　通常，車身的關(guān)鍵尺寸主要是擋風(fēng)玻璃尺寸、車門安裝處棱邊位置、定位孔位置等。因此視覺傳感器分布于這些位置附近，測量其相應(yīng)的棱邊、孔、表面的空間位置尺寸。在生產(chǎn)線上設(shè)計測量工位，車身定位后，置于一框架內(nèi)，框架由縱橫分布的金屬柱、桿構(gòu)成，可根據(jù)需要在框架上靈活安裝視覺傳感器。根據(jù)測量點的數(shù)量可安裝相應(yīng)數(shù)量的視覺傳感器，（通常情況下每個視覺傳感器測量一個被測點），根據(jù)不同形式的傳感器包括雙目立體視覺傳感器、輪廓傳感器等多種類型。

　　測量系統(tǒng)工作過程為：由生產(chǎn)線運送車身到測量工位進行準(zhǔn)確定位，然后傳感器按要求順序開始工作，計算機采集檢測點圖像并進行處理，計算出被測點的空間三維坐標(biāo)，計算值與標(biāo)準(zhǔn)值比對，得出檢測結(jié)果，并將車身送出測量工位。

　　2、鋼管直線度、截面尺寸在線視覺檢測系統(tǒng)

　　在工業(yè)生產(chǎn)中，無縫鋼管是一類重要的工業(yè)產(chǎn)品，而它的質(zhì)量參數(shù)則是制造的重要數(shù)據(jù)，其中鋼管的直線度及截面積是主要的幾何參數(shù)，是控制無縫鋼管制造質(zhì)量的關(guān)鍵，但由于以下原因使得參數(shù)的測量成為難題：

　　（1）無縫鋼管采取非接觸式測量，且制造現(xiàn)場環(huán)境惡劣；

　　（2）無縫鋼管的空間尺寸大，這也要求檢測系統(tǒng)具備很大的測量空間。視覺傳感技術(shù)的出現(xiàn)解決了上述問題，視覺傳感技術(shù)采用的是非接觸式測量且測量范圍大。

　　測量系統(tǒng)由多個結(jié)構(gòu)光傳感器組成，傳感器上結(jié)構(gòu)光投射器投射的光平面和被測鋼管相交，得到鋼管截面圓周上的部分圓弧，傳感器測量部分圓弧在空間中的位置。系統(tǒng)中每一個傳感器實現(xiàn)一個截面上部分圓弧的測量，通過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法，由圓弧擬合得到截面尺寸和截面圓心的空間位置，由截面圓心分布的空間包絡(luò)，得到直線度參數(shù)。測量系統(tǒng)在計算機的控制下，可在數(shù)秒內(nèi)完成測量，滿足實時性要求。

　　3、三維形貌視覺測量

　　在三維形貌數(shù)字化測量技術(shù)是逆向工程和產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計、管理及制造的基礎(chǔ)支撐技術(shù)。它所實現(xiàn)三維形貌數(shù)字化測量的機理是將視覺非接觸、快速測量和最新的高分辨力數(shù)字成像技術(shù)相結(jié)合。由于所測量的物體多是大型、具有復(fù)雜表面的物體，測量通常分為局部三維信息獲取和整體拼接兩部分，先利用視覺掃描傳感器對被測形貌各個局部區(qū)域進行測量，再采用拼接技術(shù)將各部分形貌進行拼接最終得到完整圖像。

　　這項傳感器的視覺掃描測頭采用局域雙目立體視覺測量原理設(shè)計。形貌整體拼接實質(zhì)上是將所采集到的數(shù)據(jù)放到公共坐標(biāo)上，這樣就能得到整體的數(shù)據(jù)描述。通過高分辨率數(shù)碼相機從測量空間的上方以不同的角度和位置對被測量進行數(shù)據(jù)收集，運用光束定向交匯平差原理得到控制點空間坐標(biāo)并建立全局坐標(biāo)系，最后通過各個坐標(biāo)系進行關(guān)聯(lián)、轉(zhuǎn)換，完成數(shù)據(jù)拼接。

　　視覺源于生物界獲取外部環(huán)境信息的一種方式，是自然界生物獲取信息的最有效手段，是生物智能的核心組成之一。人類80%的信息都是依靠視覺獲取的，基于這一啟發(fā)研究人員開始為機械安裝“眼睛”使得機器跟人類一樣通過“看”獲取外界信息，由此誕生了一門新興學(xué)科——計算機視覺，人們通過對生物視覺系統(tǒng)的研究從而模仿制作機器視覺系統(tǒng)，盡管與人類視覺系統(tǒng)相差很大，但是這對傳感器技術(shù)而言是突破性的進步。

　　視覺傳感器技術(shù)的實質(zhì)就是圖像處理技術(shù)，通過截取物體表面的信號繪制成圖像從而呈現(xiàn)在研究人員的面前。視覺傳感技術(shù)的出現(xiàn)解決了其他傳感器因場地大小限制或檢測設(shè)備龐大而無法操作的問題，由此廣受工業(yè)制造界的歡迎。