视觉传感器

视觉传感器
视觉传感器是指通过对摄像机拍摄到的图像进行图像处理，来计算对象物的特征量（面积、重心、长度、位置等），并输出数据和判断结果的传感器。

目录
∙视觉传感器在包装机械中的应用
∙视觉传感器的工作原理
∙全功能视觉传感器应用解答
∙视觉传感器在包装机械中的应用
o在不久之前，设计质量控制系统的工程师还不得不在若干种检验选项中做出选择，没有一种完全令人满意。

这些选项包括昂贵的单用途视觉系统，多阵列低功能光电传感器，
以及易受疲劳和精力不集中影响的人眼检验。

然而，如今最先进的
视觉传感器正将传统方法的最佳性能与史无前例的速度、精确度、
尺寸及成本优势相结合。

本文将比较各类传感选项的功能，并证明为什么视觉传感成为工业
传感器市场中增长最快的领域。

视觉传感的基本原理
光电传感器包含一个光传感元件，而视觉传感器具有从一整幅图像
捕获光线的数以千计的。

图像的清晰和细腻程度通常用分辨率来衡
量，以像素数量表示。

Banner 工程公司提供的部分视觉传感器能
够捕获130 万像素。

因此，无论距离目标数米或数厘米远，传感
器都能“看到”十分细腻的目标图像。

在捕获图像之后，视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比
较，以做出分析。

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。

视觉传感器的优势
在可用的检验备选方案中，即视觉系统、光电传感器、人工检验，以及视觉传感器，视觉传感器通常因其精确性、易用性、丰富功能及合理成本而成为最佳选择。

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。

因此，为在产生高昂成本之前检测出问题，制造商正将检验工作融入整个制造过程。

◆视觉系统与视觉传感器之比较
复杂的视觉系统是一项成熟的技术，可执行细致的自动检验。

但是，复杂性和高成本妨碍了其在许多行业中的应用，其价格通常从5000 美元至50000 美元以上。

这些复杂的视觉系统需要一个
或多个、定制软件以及一台计算机。

它们往往需要聘请外部视觉顾问来设计、集成和安装系统。

此外，鉴于此类系统的专用性，无法将它们轻松地改作它用。

这些复杂的系统通常要求持续的专业支持。

尽管对复杂视觉系统的需求仍然存在，但是更廉价、更容易使用的视觉传感器的推出，为一些工业应用提供了性价比更佳的解决方案。

此外，由于视觉传感器更小、更易使用，制造商会更频繁地在检验和校验应用中采用视觉解决方案。

视觉传感器在工厂自动化的品质提高及生产效率改进方面功不可没。

◆光电传感器与视觉传感器之比较
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。

◆人工检验和视觉传感器之比较
无论工厂自动化有何进步，许多检验仍用肉眼来完成。

但是，在大多数应用中，视觉传感器的许多优势非手动检验流程所能及。

视觉传感器能够以高得多的速度工作；以低得多的成本执行重复、多次、一致的检验。

不断扩展的应用范围
视觉传感器的低成本和易用性已吸引机器设计师和工艺工程师将其集成入各类曾经依赖人工、多个光电传感器，或根本不检验的应用。

视觉传感器的工业应用包括检验、计量、测量、定向、瑕疵检测和分捡。

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。

◆在金属冲压公司，以每分钟逾150片的速度检验冲压部件，比人工检验快13倍以上。

结论：对于视觉传感器而言，这是一个激动人心的时刻。

曾经需要大量专业知识的技术，现在变得经济、易用。

采用该技术的未来产品开发将继续此趋势。

现在的挑战是如何让各个行业意识到视觉传感器在所有制造领域的潜力，其中包括质量控制、测量和检验流程。

机器视觉提高质控效率
对于工厂自动化和过程自动化，机器视觉是实现真正意义的自动的基础和一种重要的质量控制的手段。

以下是欧姆龙对国内机器视觉市场的一些看法。

机器视觉，顾名思义就是使用机器的自动化方法，实现类似人类视觉（眼睛+视觉神经中枢+视觉神经细胞）的功能。

对于工厂自动化和过程自动化，机器视觉是实现真正意义的自动的基础和一种重要的质量控制的手段。

如果用最简单的一句话概括机器视觉系统的构成，就是由镜头，像机和控制器构成的机器视觉替代人工，根据物体在一定环境下得到的画面进行尺寸，缺陷，种类，匹配，文字等各种参数的测量和判
别。

帮助客户提高生产效率，减少人工这一自动化领域的不确定因素对产品品质的影响。

对于机器视觉的整个产业链来说，目前国内的情况有些特别。

在供应商方面，因为绝大多数是国外厂家，存在一个对国内市场，国内文化了解的问题。

大家都看到了国内经济的高速发展，但可能这个发展的促进因素和国外的情况不同，这也是他们短时间内没办法完全理解的。

相信目前国内的销售现状离大多数供应商的希望还有一段距离，即使像OMRON这样，进入中国市场二十多年，近些年的机器视觉都在高速增长，但目前的市场销售额还是远远没法和日本相比。

至于用户这一端，最大的问题在于对机器视觉的不了解，当然这也有国内特殊情况的原因，就是国内的劳动力成本和机器视觉初期投资的对比情况。

或者是对于新的产品或解决问题的方法不了解，或者是对这个新方法和传统人工的对比不太清楚。

这需要供应商多做推动。

对于用户和供应商之间的桥梁——集成商，同样也是对机器视觉缺乏了解，不知道除了机械，普通传感器以外还有一个方法就是通过画面/图像来做一些判断。

国内系统集成商也非常缺乏，而国内厂家的自制设备比例太低，这也是一个短时间内无法解决的问题。

机器视觉的初期投资在国内劳动力成本较低的大背景下无疑是每一个准备购买的人需要考虑的问题，这也给机器视觉系统提出了更高的要求，无论是价格还是性能。

基于以上的认识，业内人士建议，在这一新产品的成长阶段，早期的市场培育，客户培育，或者说系统集成商的培育是非常重要的。

所以我们花了许多时间在机器视觉基础知识的培训上，希望第一步做到让更多的人知道机器视觉，知道它的基本原理。

机器视觉的未来是非常乐观，也是充满信心的。

相信在不断提高自己的前提下，随着国内自动化程度的提高，整个社会对产品质量要求的提升，制造业对生产效率要求的提升，机器视觉这个新产品，新概念也会深入人心。

就像现在的自动化强国当初经历过的这些阶段一样，在更大的市场上也会有更大的成绩。

所以说OMRON相信机器视觉的未来是光明的，道路也是漫长的。

至于到具体的时间，可能要5年，也可能只要3年，或者更短，因为国内的发展一旦起步，速度将是惊人的。

编后记：当前中国的食品和包装机械的一个突出问题是新产品开发周期长，模仿多，新的创意少，这不仅与设计人员的知识水平有关，也和相关行业的发展有关。

国际先进的作法是将各种机器元素以数据库形式存入计算机，再把
图纸数字化后输入计算机，由计算机自动合成三维模型，接着将过
去曾经发生过的生产线故障输入计算机，计算机即可演示实际工况，
在用户面前根据需要进行修改。

计算机合成速度快，修改工作迅速
方便，如果用户的某些要求达不到，计算机也会告诉你，以免除以
后的纠纷。

这种由计算机完成的仿真技术，大大缩短了包装机械（生
产线）的设计周期，客户的满意度也大大提高。

当然，这种仿真技术的应用亦提醒包装机械的制造按照部件的功能
要先进行模块化，各部件有统一接口，各模块之间可以自由组合。

这样可以变包装机械的单件小批生产为各种模块的批量生产，以降
低生产成本。

即使不是生产线而是单个机器，模块式组合也可以缩
短设计及制造周期，降低生产成本。

而模块化又可以使非标准零件
走向标准化，使用户排除故障方便快捷，也就降低了用户的运行成
本。

∙视觉传感器的工作原理
o有从一整幅图像捕获光线的数发千计像素的能力,图像的清晰和细腻程度常用分辨率来衡量,以像素数量表示,邦纳工程公司提供的
部分视觉传感器能够瞧捕获130万像素,因此,无论距离目标数米
或数厘米元,传感器都能“看到”细腻的目标图像,视觉传感器应用
其本要素是掌握如何应用视觉传感器的两个关键点的照明和软件
工具。

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。

图像的
清晰和细腻程度通常用分辨率来衡量，以像素数量表示。

Banner
工程公司提供的部分视觉传感器能够捕获130 万像素。

因此，无
论距离目标数米或数厘米远，传感器都能“看到”十分细腻的目标图
像。

在捕获图像之后，视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比
较，以做出分析。

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。

∙全功能视觉传感器应用解答
o全新的PresencePLUSProTM能够以超低价格解决各种视觉检测应用难题。

此视觉传感器生产和组装产生一些缺陷,这就会涉及到
各种各样的检查、测量和零件识别应用，例如汽车零配件尺寸检查
和自动装配的完整性检查等，而当今企业之间的竞争中的“零缺陷”
要求已经不允许哪怕是0.1[%]的缺陷存在。

因此,如何及时发现
并消除产品缺陷,降低生产成本，成为汽车制造业企业关注的一个
问题。

新型的基于CCD相机的全功能视觉检测传感器
PresencePLUSProtm应运而生，它通过抓取图像并使用一个或
多个视觉工具来进行分析并给出判断结果。

视频输出、示教工具以及特别低的价格是它最大的优势。

PresencePLUSProtm具有非常友好的用户界面，可替代多只普
通的传感器，安装调整也更加简便。

它可在设定的范围内捕捉256级灰度图像，并转变为黑色及白色像素，根据参考像素值判断被测图像为“PASS或“FAIL。

PresencePLUSProtm具有以下特点：
1、功能强大，具有两种可补偿工件移动和旋转的定位工具、五种有图像分析功能的视觉工具以及两种用于测量或评估视觉工具检
测的结果的分析工具，可替代昂贵的视觉系统出色地解决特定的检测应用；
2、自动示教或用户自行设置：可直接照明被测物，调节摄像头焦距，选择检测功能及分析方法，检测的公差可通过示教或手动进行设置；
3、简单的安装及操作使用：可通过PC机设置，可同时进行多次数据的检测，并随着被测物的移动及旋转自动进行调整，无需另外使用夹具；
4、全内置Ethernet以太网及灵活的I/O接口和分离的视频输出允许用户进行实时视频输出。

为使定购简单化，PresencePLUSProtm系统提供了完整的套件，包括单一传感器应用所必要的每一组件。

所有套件包括一个传感器、8/12/16mm的镜头、2/5/9m电缆、可见红色光源和基座式安装支架。

特别套件也包括与WindowsPC相连的串口电缆，且带
有关于PresencePLUSProtm软件的免费CD-ROM。

以下是PresencePLUSProtm的一些应用举例：
1、多工件定位
PresencePLUSProtm视觉系统配合LCF16LT镜头、高频荧光灯光源及PLC提供的触发信号，可进行汽车仪表板装配件上的泡沫塑料片及塑料螺母的到位及定位检测。

高频荧光灯自上向下照明被测物，PresencePLUSProtm运用像素检测工具、目标物工具、
边缘工具等来检测泡沫塑料垫片及塑料工件的到位、方向及定位。

2、空气压缩机密封环的装配检测
正确安装时，密封环可在工作表面前后移动，因此，PresencePLUSProtm在确定方向前使用定位工具确认工件的位置，触发信号触发时进行图像捕捉，系统分析图像确认工件是否正确。

如果工件方向错误，PresencePLUSProtm使用边缘工具将无法确认预设的边缘，随即警告操作者。

3、汽车门板密封胶均匀度检测
汽车生产中，当机械手在汽车门板涂抹密封胶后，门板移动至检测位置，两套PresencePLUSProtm传感器安装于门板位置上方，自上而下检测密封胶。

高频荧光灯要自上而下照明被测物，使用定位工具找到门板边缘，然后使用多边及目标物工具监控密封胶的宽度、位置及连续性。