视觉传感器在包装机械上的应用

视觉传感器在包装机械上的应用作者：余舒彤指导老师：江庆（安徽农业大学工学院 2007级机械设计制造及其自动化专业合肥 230036）摘要：工业自动化生产技术的飞速发展，对现代生产的检测技术提出了新的要求，现在生产同时提出实时，在线，非接触检测以控制生产过程，提高生产效率及产品的合格率，这是许多传统的检测方法无法提供的。

现代工业生产的制造精度也大大提高，需要相应的高精度的检测方法，传统的检测手段早已经无法满足现在化生产检测的要求，需要新型产品检测技术来适应现代生产的要求，视觉传感器的检测技术是近年来发展的一门新兴检测技术，采用自动化与智能化，通过计算机识别和控制，测量过程只需要很少的人工干预就可以完成，视觉传感器的检测技术具有非接触，测量速度快，自动化程度高，精度高等优点，很适合现在花先进制造业高度自动化的要求。

而我们知道绝大多数的产品，包装都是必不可少的最后一道工序，对产品的质量起着至关重要的影响。

包装不仅直接对产品的安全起了保护作用，而却在一定程度上对企业进行了宣传，更代表着公司的形象。

所以包装是非常重要的一道工序。

关键词：视觉传感器包装检测1 绪论现代工业生产技术的不断发展，加快了现代化工业大生产的节拍，为了使视觉检测系统满足于现代大生产的告诉生产节拍，视觉检测系统在检测速度方面还有待进一步的提高，传统的视觉检测系统中，由图像传感器将图像数据传送到计算机，由计算机中的图像采集卡对图像进行采集，并利用高级语言编写的程序对图像进行处理，这种方法除了成本高，开发周期长以外，还不利于集成化设计，而随着微电子技术和集成电路制造技术的发展，这种视觉检测系统也发生了一定的变化，由主要依托计算机视觉检测系统转变为将图像的采集，处理与通信功能集成与单一相机内的视觉传感器，其具有多功能，模块化，搞可靠性，易于实现的特点。

同时，由于应用了最新的DSP,FPGA以及大容量存储技术，其智能化程度不断提高，使其可以完成大多数的视觉检测任务。

2 视觉传感器的工作原理视觉传感器具有从一整幅图像捕获光线的数以千计的像素能力，它的主要部件就是照相机或者摄像机，通过镜头图像传感器（一般是CCD和CMOS类型）采集图像，然后将该图像传送至处理单元（基于PC的系统，处理单元通常就是P C的CPU，而只能摄像头的处理单元一般是DSP），通过数字化吃力，运用不同的算法来提高对结论有重要影响的图像要素，根据像素分布，亮度，颜色等信息进行尺寸，形状，颜色等得测量和判断，进而经纪判别的结果来控制现在设备的动作，其功能主要包括物体定位，特征检测，缺陷判断，目标识别，计数和运动跟踪。

视觉传感器通常因为其精确性，易用性，丰富功能以及合理的成本而成为各大厂家的最佳选择。

例如，若视觉传感器被设定为辨别正确地插有八颗螺栓的机器部件，则传感器知道应该拒收只有七颗螺栓的部件，或者螺栓未对准的部件。

此外，无论该机器部件位于视场中的哪个位置，无论该部件是否在 360 度范围内旋转，视觉传感器都能做出判断。

3视觉传感器的优势目前企业在检测的备选方案中，一般有视觉系统，光电传感器，人工检验，以及视觉传感器，由于具有准确性，易用性，低成本，视觉传感器成为了最好的选择。

3.1 视觉传感器与视觉系统的比较：众所周知，视觉系统作为一种复杂，成熟的技术，是可以进行各项精细的自动检测的，但是正是由于其复杂性和高成本，妨碍了它在许多行业中的推广，这就好比一句俗语“杀鸡焉用牛刀”，其价格一般在几万人民币以上，而却这些复杂的视觉系统系要一个或者多个摄像头，定制的软件以及一台计算机，并且需要聘请外部视觉顾问来设计，集成，安装系统，鉴于此类系统的专用性和成本，很难将他们轻松的改作他用，这些复杂的系统需要持续的专业支持。

尽管对复杂视觉系统的需求仍然存在，但是由于更廉价，共容易使用的视觉传感器的推出，因其具有较高的性价比，所以企业会采用这种视觉传感器来解决各类问题，因此，视觉传感器在工厂自动化的品质提高及生产效率的改进方面功不可没。

3.2视觉传感器与光电传感器的比较：与光电传感器相比,视觉传感器赋予机器设计者更大的灵活性.以往需要多个光电传感器的应用,现在可以用一个视觉传感器来检验多项特征.视觉传感器能够检验大得多的面积,并实现了更佳的目标位置和方向灵活性.这使视觉传感器在某些原先只有依靠光电传感器才能解决的应用中受到广泛欢迎.在传统上,这些应用还需要昂贵的配件,以及能够确保目标物体始终以同一位置和姿态出现的精确运动控制.此外,由于一个基本视觉传感器的成本仅相当于数个具有较贵配件的光电传感器,因此价格已不再是问题.视觉传感器为应用的切换提供了无与伦比的灵活性.例如,生产工序的切换(从单份装酸奶切换成冰淇淋桶)可能仅需数秒钟,并且可遥控完成.附加的检验条件可轻松地添加到此应用中。

3.3视觉传感器与人工检测的比较：人工检测既是一件费时费工，同时，又不能较好的保证产品质量的一种选择，较之于视觉传感器，他的种种弊端也就显露无余，在这个科技日与发达的社会，人工检测所运用的范围也越来越狭窄。

4部分代表产品4.1邦纳视觉传感器：邦纳视觉传感器具有紧凑的外形尺寸，适合安装在空间有限的场合，而且他是两件式设计，可以提高性能的视觉检测，他的每种信号都具有灰度视觉工具，包括定位，图形查找和计数，CEO查找和计数，边缘工具，二值化，平均灰度和测量，他还可以提供带条码的读取功能的信号，并支持九种语言的软件设置界面，可以通过以太网，可编程I/O和串行口通讯，还可以通过远程视教功能进行检测程序的切换，无需PC即可设定，支持10到30V的直流电压，输入输出I/O 的类型（NPN或PNP）和功能可以通过设置软件进行设置。

无需通过PC，可直接与监视器相连进行监测，而却有多种安装支架，镜头和官员可以选择。

现在运用较多的有Presence PLUS P4传感器，其特点有：1. 能进行360°视场范围内进行细节，标签检测，部件识别和装配确认，无需考虑部件方位，省略了常规视觉传感器的严格定位要求。

2. 采用128*100CMOS成像器件，可实现高达6000件/分钟的可靠检测，满足现代高速生产的要求。

3. 集成式传感器与控制器一体，结构简单紧凑。

4.2欧姆龙智能视觉传感器：欧姆龙智能视觉传感器保持着“Smart Recipe”智能化视觉理念，仅需要“选择最优画面”→“目标检索”→“位置补偿”这三步设置就可使用户完成对样品的检验，他性能卓越，包含了Patten（图形检索），Defect（缺陷检测），Region(区域面积)，Bright(明暗检测)，Position(位置检测)，Width(宽度检测)，Count(计数)等视觉传感器的所有基础功能，兵附带位置修正，高速检测，测量值定标，画面预处理，HUE彩色/黑白建设，128设定区域等功能。

而可以检测出细微却别的（原来图像匹配难以检测出来）“Sensitive Search”，不容易受噪音和背景影响的“Graphic Search”,以及可吸收对象物形状误差而防止错误判断的“Flexible Search”等高端功能改传感器也具有。

一般来说欧姆龙视觉传感器具有如下特点：1.几乎可以满足所有领域的检测需要，在测量之下还可以进行细致的辅助测量，如定标，位置补偿，表达式等。

2.在没有使用存储卡的情况下，可以设置32个工件画面。

这32个工件画面隶属于工件组0，是存储在控制器的闪存中的。

在使用了128兆存储卡后，最多可以存储32个工件组，1024个工件画面。

3共有4中可选的通讯方式：并口用于与外部设备以数字I/O的方式通信；串行接口菜单操作用于通过个人电脑的键盘代替小控制器完成对F160菜单的设置操作；普通串行接口用于以无协议方式于外部设备（PC）通信；上位链接串行接口，与PLC等带有串行接口的外部设备以发送或接收指令码的方式通信。

后两种通讯方式只有专家菜单支持。

4可以设置视觉系统启动后自动进入的状态。

在显示的屏幕上定制个性显示。

智能照明或普通照明可选。

随时检查系统信息。

密码保护放置无关人员随意更改设置。

4.3康耐视视觉传感器（Checker 3G）:康耐视视觉传感器(3G)型号包含一流的Checker视觉传感器系列的所有能共，最重要的是另外额外的软件传感器，他可以核查物体得高度，宽度，直径，并为高速运转的生产线提供可靠的合格/不合格的判断能力。

其特点有：1 可配置为有无检测传感器或者尺寸测量传感器。

2 无需电脑安装。

3 高速高清配置。

4.4 SICK Inspector I40:拥有VGA分辨率（640 x 480）的高速检查功能功能强大的模版匹配算法用于定位物体，就算物体的位置变化、存在旋转或产生缩放都不受影响,强大的细节检查工具---“模版检查” ,通过FTP可以不受限制地保存图像,只要通过简单的设置就可以实现PLC通信控制,拥有非常丰富的附件，配置灵活,增加了参考物体的数量,简单易用的PC配置功能，同时支持离线仿真分析功能。

其特点有：1.更大的检测范围，更长的工作距离，给您更多选择！2.具有更宽的视场和更长的工作距离。

它通过计算颜色象素来判断一个物体的好与坏。

集成的设置按钮和显示屏使您的应用解决方案可以快速且容易地得以实现。

3紧凑而坚固的塑料外壳和独特的塑料前面板（非玻璃材料），可以使用于食品生产行业。

IP67的防护等级，使它适用于各种苛刻的工业环境。

5 视觉传感器的运用领域还在几年之前，针对产品的包装，以往工厂大多采用人工的形式进行检测，然而，随着社会的不断发展，科技的日新月异，企业生产水平的提高，这种落后陈旧的方式也就很难满足企业连续地，大批量的产品需求。

在国内的一些生产企业里，一般都要还几名工人去完成产品最后的检测工序。

随着各行业竞争越来越激烈，利润率逐渐变小，制造商无法承受因瑕疵产品造成的高废品率。

但是，由于视觉传感器的运用，不仅可以逐步的代替人工去完成这项复杂繁重的检修工作，而却其高效的可靠性，以及低成本的优势，在越来越多的企业里得到了推广。

利用视觉传感器，企业可以高效的完成对产品的包装检测，还可以正确的读取产品的包装信息，从而对产品进行有效的追踪。

视觉传感器的低成本和易用性使其进入各个领域，那些曾经需要人工，观点传感器或者根本不需要检测的环节，现在都可以插入视觉传感器来检测其质量。

视觉传感器在工业上的运用包括检验，计量，测量，定向，瑕疵检测和分验。

而在包装生产线上，则有大量的运用。

以下只是一些应用范例：◆在汽车组装厂，检验由机器人涂抹到车门边框的胶珠是否连续，是否有正确的宽度。

◆在瓶装厂，校验瓶盖是否正确密封、装灌液位是否正确，以及在封盖之前没有异物掉入瓶中◆在包装生产线，确保在正确的位置粘贴正确的包装标签◆在药品包装生产线，检验阿斯匹林药片的泡罩式包装中是否有破损或缺失的药片。