智能相机解决控制问题
机器视觉应用的图像分析本质上是数据简化的练习。原始数据流是一个激流。来自1000像素x 1000像素图像传感器的单个黑白图像报告16个灰度级包含大约500 kB的数据。在30f /s的标准帧速率下，这相当于15mb /s。
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机器视觉应用的图像分析本质上是数据简化的练习。原始数据流是一个激流。来自1000像素x 1000像素图像传感器的单个黑白图像报告16个灰度级包含大约500 kB的数据。在30f /s的标准帧速率下，这相当于15mb /s。控制系统实际需要的数据量要小得多。例如，通过/失败检查应用程序只需要1位!
虽然许多应用程序报告的信息比这多得多，但事实仍然是图像分析总是将数据流减少几个数量级。数据缩减实际上是分阶段进行的。第一阶段通常通过从数据流中挑选出特定的帧并操纵它们以突出显示感兴趣的特征，从而将数据内容减少一到三个数量级。另一个或更多的数量级来自于感知突出显示的特征所代表的内容。
例如，OCR读取器可以为它读取的每个字符输出一个字节。视觉系统在识别未经授权进入机器人工作单元的人时，可能会输出几个计算机单词来指定该人的存在、位置和速度。
最后，一个到达决策层面，安全系统会发出两个信号:一个表示是否有问题，另一个表示威胁是否需要减速或完全停止。
智能相机提供了在相机中执行部分或全部数据减少的机会。尽早减少数据有两个好处。首先，数据流越小，报告的速度就越快。其次，计算机离数据源越近，它就能越快地开始减少数据。
智能相机将任何视觉应用所需的基本组件组合成一个单元。这些组成部分包括:
光学、它从要观看的场景中捕捉光线并将其形成图像。
传感器电子所述光电阵列包括将所述图像转换为电子信号的光电阵列。
帧捕获电子器件它获取代表单个帧的信号并将其存储在数字存储器中。
图像分析计算机，从数字化图像中提取有用信息。
所有机器视觉相机都包括光学和传感器电子元件在一个封装中。智能相机集成了图像采集电子设备和图像分析计算机。除了数据缩减速度之外，这种集成还提供了显著的优势。显然，这样可以节省空间，因为本来要装在三个盒子里的东西可以装在一个盒子里。
这项技术也让用户的工作更轻松。智能相机供应商承担了选择兼容的系统元件，将它们连接起来，使它们发挥最大的作用，并安装图像分析软件的任务。智能相机供应商通常还提供开发环境，以简化编写特定应用程序所需软件的工作:系统集成商不再需要机器视觉专家;他们只需要成为应用专家。
本文其他地方重点介绍的应用程序演示了开发人员使用智能相机创建控制系统的几种方法，这些方法比其他方法更有能力。
| 作者信息 |
| C.G. Masi是《控制工程》的高级编辑。与他联系:charlie.masi@reedbusiness.com |
系统告诉机器人哪条路是向上的
一个加拿大汽车零部件OEM联系系统集成商Spoko Integrators关于一个应用，其中一个金属成形操作转储部件到传送带。随后，一个机器人将这些零件捡起来，并将它们整齐地堆放在一起。由于零件离开金属成形站时杂乱无章，斯波科的工程师们认为，视觉系统将是确定每个零件的位置、旋转和方向的最佳方法，这样机器人就能知道如何单独处理它们。
Spoko Integrators公司的视觉引导机器人专家Les Konczyk指出:“主要的视觉挑战是，许多部件的不同之处在于是否存在小的表面销钉或空腔。传统的2D摄像机和照明可以识别形状和位置，但不能可靠地确定哪一边是向上的。”
集成商与视觉组件制造商Sick合作，使用该公司的IVC-3D200智能相机解决了该应用程序。这些单元使用激光三角测量来捕获被检查部件的多个轮廓，并生成3D图像。为了避免失真，编码器触发智能摄像头，以确保剖面之间的距离保持恒定，无论输送速度如何。
在相机内置处理器上运行的图像分析软件使用高度信息来识别金属成形过程中每个零件表面的浮雕特征，并确定零件的方向。坐标转换实用程序允许相机通过在机器人自己的坐标系中提供位置信息来简化集成。
在确定零件的位置、旋转和方向后，相机的处理器发送x和y通过以太网向机器人发送坐标、旋转和方向信息。
检测系统兼具高性能和灵活性
DWFritz自动化公司制造复杂的定制自动化设备。功能包括机器人;机器视觉;高精度、高速装配;以及自动检查。一位医疗技术客户向公司提出挑战，要求其创建一个使用高性能机器视觉、高精度六轴机器人和复杂软件的系统，该系统能够对多种类型的医疗植入物和小部件进行高通量检查，同时降低制造成本。其他主要目标是确保NIST测量的可追溯性，并遵守食品和药物管理局(FDA)的规定。
最大限度的灵活性是这个概念的驱动力。该系统必须允许制造商编写数千种食谱，目前有600多种。最重要的是，这家快速发展的医疗公司需要对其复杂的制造过程获得更多的控制权。该系统自动和电子地将测量结果输入公司的统计质量管理系统。
以前，在客户的操作中有相当多的人为干预，加上大量使用go/no-go量规、千分尺、光学比较器和视频测量设备。所有的测量设备都需要校准和维护，这导致了大量的经常性成本。人类检查员很难获得可重复的结果，特别是具有挑战性的外部测量，如半径。
集成商设计了一个定制系统，其中包括一个电装六轴机器人、两个埃德蒙光学公司生产的高性能、高分辨率康耐视远心镜头智能相机、定制末端执行器和一台运行康耐视VisionPro机器视觉软件的工业PC。
机器人从装有25-100个部件的托盘中单独拾取部件，并将每个部件放置在摄像机前。然后，该系统以微米级的可重复性测量每个部件的55个尺寸。如果零件符合客户严格的质量要求，它们将返回托盘。如果没有，机器人将它们放在废品托盘中，以供后续分析。
该系统的吞吐量平均每秒超过一个零件，可重复性优于2微米，具体取决于零件的特性。机器人和视觉系统的自动校准和验证，以及NIST可追溯的准确性，意味着医疗公司可以专注于优化其制造过程，以获得更高的产量。由于该系统可以使用相同的视觉工具进行校准，因此客户可以在生产车间运行多个系统，具有出色的系统到系统可重复性。
智能摄像头为玻璃检测提供清晰度
Thorsten Gonschior是Spectral Process公司的总裁兼创始人，当他的一位客户要求他改造现有的玻璃瓶检测机时，他相信自己可以提供一种成本更低的替代方案。“原来的系统有一个光学元件来定位缺陷，但没有处理器，”他说。“由于该组件在市场上不再可用，我们考虑用可扩展的子系统完全取代其检查过程的一部分。”
该子系统负责检查瓶口处的密封面。瓶口是特别关键的，因为在密封面上的任何缺陷都可能阻止瓶盖进行气密密封。当这种情况发生时，碳酸饮料会变平，毛刺、碎片或锋利的边缘可能会伤害到消费者。
许多技术可以评估开瓶质量。例如，一些工厂依靠直接接触容器的机械检查系统，例如用压缩空气填充瓶子，并用量规堵塞以寻找泄漏。然而，这些技术速度慢，不太可靠，而且有可能损坏瓶子。
虽然高端的基于摄像头的检测系统可以更可靠地发现缺陷，但Gonschior解释说，世界上许多玻璃制造工厂都负担不起35.7万美元到73.5万美元(25万欧元到50万欧元)的高端检测系统。尽管他们面临着保持质量控制的压力，但成本是一个问题。
制造商们进退两难。他们必须保持高质量标准。如果他们想保持竞争优势，他们还必须改进生产过程。另一方面，他们不能允许高昂的设备成本使运营无利可图。
这些考虑促使Gonschior开发了他的开放检查员系统。它使用先进的机器视觉技术来检查中空玻璃容器(如瓶子)的开口是否有裂缝、夹杂物(气泡)和挤压物。
该系统可以改装为各种各样的玻璃检测机械。它由一个Matrox Iris p系列智能摄像头、一个定制的光源和一个电源组成。使用智能相机省去了Gonschior所说的“额外工程”——开发外壳、计算机、电气连接等。智能相机内置的软件功能还可以降低软件开发成本——这是嵌入式系统成本的主要组成部分。
智能摄像头作为系统的核心，在进行视觉检测的同时，从其他传感器获取数据，并控制执行器。该软件应用程序使用matrix成像库(MIL)中的许多模块，特别是斑点分析，边缘查找和计量。这些功能对于测量内径和外径，以及定位夹杂物、裂缝和超压结构至关重要。
许多复杂的子系统可以通过以太网连接集成到open Inspector中。例如，Gonschior计划使用高分辨率的2D致动器来控制标记臂。Gonschior指出:“将具有网络功能的第三方设备集成到Matrox Iris网络中非常简单和直接。
“玻璃在照明方面名声不好，”Gonschior说。事实上，材料和形状都给照明带来了挑战。
Gonschior开发了一种定制照明解决方案来解决这些问题。关键是漫射光，它将反射集中在受损点上。他回忆道:“这听起来很简单，但开发过程却绝非如此。”
Gonschior说，智能摄像头技术使得提供这种系统成为可能，而成本只是许多竞争对手的玻璃检测系统的一小部分。
此外，可扩展的设计使得可以简单地添加摄像头来适应增加的吞吐量。
新系统创造灵活的安全区域
| 机器视觉可以用来建立一个复杂的工作单元安全系统，具有警告和关闭区域。 |
机器防护的传统机械和屏障方法的安全性取决于使用它们的人。机器安全设备制造商Castell利用机器视觉创造了一种复杂的3D成像技术解决方案，在灵活性和可靠性方面优于传统的防护技术。该公司称，这种名为QuadCam的系统实际上消除了人为错误和篡改的可能性。
未经授权的人为活动是机器安全系统故障的最常见原因之一。
例如，设计不良的安全系统往往使维护和修理活动变得困难或不可能。在试图在设计不良的安全系统约束下工作后，工人可能会关闭安全系统以更有效地完成任务。因此，安全系统在最需要的时候被禁用。由此导致的事故和伤害被视为安全系统故障。
这种基于视觉的安全系统允许用户通过计算机化的用户界面定义警告和关闭区域。当警报区域被破坏时，控制器向工作人员提供视觉和听觉警告，并向机器控制系统发送信号，使设备减速到“安全速度”。
安全速度系统将机器的运动速度限制在足够慢的速度，以便人类避免意外碰撞。人类可以在大约四分之一秒内对移动设备的危险做出反应。机器结构应该移动得足够慢，以便在附近工作的人可以看到运动，搜索他或她周围的安全出口，并在被击中之前让路。
如果人或物体(如自动叉车)进入停机区域，系统会发出信号使机器停止。警报和关机信号在入侵后几毫秒内发送，足够快，以防止事故和设备损坏。一旦关闭，机器不能重新启动，直到检测区域清除了未经授权的物体和人员。
该公司的3D检测技术对来自四个智能摄像头的图像进行三角测量，以识别在工作区域内和周围移动的物体和人员，区分一个、两个或多个目标，并实时跟踪系统视野内的所有目标。
安装在机器上方的成像仪可以查看人机交互的多个潜在危险区域，并且具有防篡改功能。
通过结合基于物体大小、形状和运动的线索，检测系统可以区分代表潜在安全问题的目标和不重要的背景物体。忽略背景物体可以避免恼人的警报，这是安全系统故障的另一个主要原因。
该公司表示，其系统是为用户的灵活性而设计的。在初始安装过程中，即插即用线束可以实现简单的成像仪安装、布线，甚至在必要时重新定位成像仪。通过基于微软windows的PC界面，重新配置系统非常简单。警告和关机区域可以通过鼠标的点击和拖动来快速重新绘制。
当安装在离地面11英尺的地方时，一个成像仪可以保护一个面积达8英尺× 10英尺的区域。多达10个成像仪，创建10个保护区，可以通过一个监控面积达800平方英尺的控制器来管理。智能摄像头技术可以在需要的地方分配图像处理工作，使系统可行。
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