视觉系统眼睛在工厂

在过去几年中，机器视觉一直是自动化领域最具创新性的领域之一。笨重的、难以编程的视觉系统是古代自动化文明博物馆的遗物。基于pc的系统已经变得稳定，而包括图形界面和软件组件在内的软件进步使它们更容易为更多的控制工程师使用。

通过加里·a·明切尔二二年八月一日

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在过去几年中，机器视觉一直是自动化领域最具创新性的领域之一。笨重的、难以编程的视觉系统是古代自动化文明博物馆的遗物。基于pc的系统已经变得稳定，而包括图形界面和软件组件在内的软件进步使它们更容易为更多的控制工程师使用。

电子产品的趋势总是朝着更小但功能更强大的产品发展，机器视觉也不例外。有人想出了如何把视觉处理器放在相机外壳里，视觉传感器就诞生了。这些紧凑的系统使视觉检测成为几乎所有控制工程师可用的工具。

在OEM机器或生产线上实现机器视觉的工程师通常会雇佣专门从事该技术的系统集成商。这些工程师在视觉和自动化的各个方面都受过培训和经验丰富。问题在于自动化经济周期。

Data Translation公司总裁兼首席执行长弗雷德•莫利纳里(Fred Molinari)表示，机器视觉与通用自动化经济学密切相关，也就是说，它会经历繁荣和萧条的周期。机器视觉的繁荣可能会持续三到六年，然后进入几年的萧条周期。许多视觉系统集成商的业务规模相对较小，无法在经济衰退中生存下来。因此，你在这个行业不会长久。

一个有经验的集成商有供应商关系，知道如何指定一个完整系统的各个组件，并使它们及时启动和运行。考虑到许多PC问题是由与显卡的冲突引起的，并且视觉系统的两个主要组成部分是“帧捕获”卡，它接受来自摄像机的输入，以及显卡来驱动高分辨率监视器。明智的工程师应该谨慎地选择一个集成商，以确保所有这些都能在生产中协同工作。在经济低迷时期，要找到这样的专家可能会更加困难。

莫利纳里解释说，针对这种情况，制造商提供了更多的标准化组件。一方面，这使得一般自动化工程师更容易安装视觉系统。另一方面，这减少了自定义能力。如果你需要更多不同视角的相机，复杂度就会增加。如果应用程序对这方面的要求太高，那么可以找一位能够定制系统的专家。”

视觉系统有四种基本类型。高端是3D云纹(发音为“mwaa-ray”)系统。其他3D系统支持视觉引导机器人(VGR)，这是一个新的和不断增长的应用。其次是基于pc的系统，通常售价在1万至1.5万美元之间。视觉传感器的价格通常在5,000美元至10,000美元之间，至少从价格角度来看属于“低端”。

云纹系统的典型应用是计量、表面测量、某些半导体组装检查和离线检查。与其他机器视觉系统相比，这些机器的价格较高，但它们也可以执行复杂的任务。

在过去的六年中，基于pc的视觉系统开始超过与plc相关的专用视觉处理器。利用商业PC硬件和软件的进步，不断开发产品，具有强大的功能和稳定性的系统现在可用。

系统组件

其中一个系统所需的组件包括一台PC，通常带有PCI I/O总线，但这也可能是一个嵌入式、VME或CompactPCI盒子。帧抓取器是一种专门设计用于连接相机和通过计算机背板进行通信的卡。有些型号的系统仅使用PC的处理器，而其他型号则包含完整的视觉处理器。其他硬件包括显示器、一个或多个带有适当镜头、照明和固定细节的摄像机。最后的需求是软件，提供开发环境和运行时处理，以及支持数据记录和通信。

另一方面，视觉传感器的特点是简单。产品可以包括相机外壳中所有带有电源和通信端口的部件，也可以包括连接到din导轨安装的处理器的小型相机。到目前为止，这些产品仅限于每个系统配备一个摄像头。如果应用程序需要两个摄像头，则必须购买两个系统。一些公司最近在预览允许在一个系统上安装两个摄像头的系统。

显然，基于pc的系统比视觉传感器更复杂，通常也更昂贵。什么时候控制设计工程师应该选择其中一种?

复杂性带来了力量。在技术熟练的集成商手中，基于pc的系统不仅可以处理比传感器更复杂的检测，还可以更容易地适应解决未来的挑战。需要第二台、第三台甚至第四台摄像机吗?没有问题。许多卡都有两个端口，通常只需在软件中进行一些额外配置，就可以添加第二个卡。

视觉传感器的相对简单性意味着，通过绕过初始系统配置和设计过程，自动化机器或生产线可以更快地实现。需要另一个相机或更大的分辨率测量应用程序?这可能是个问题。

康耐视(Cognex)终端用户营销高级总监乔治•布莱克威尔(George Blackwell)讨论了每种系统的应用。“高端系统最适合用于定位和定位的3D应用，多摄像头系统，需要看到同一物体的不同部分的情况，检测具有图案或困难表面的部件的缺陷，高精度测量，以及困难或复杂的部件识别。传感器非常适合代码读取、多次离散检查、OCR/OCV[光学字符识别/光学字符验证]，特别是在代码大小和距离已知的情况下，在系统分辨率范围内进行标准测量和测量、特征存在/缺失、连续的web过程以及一些机器人引导。”

如果系统设计人员不必为特定类型的应用程序调整通用系统会怎样?

Coreco Imaging (Bedford, Mass.)智能产品部(IPD)总监Steve Geraghty指出，“IPD目前正在开发一系列特定应用的产品。这些“视觉设备”将通过标准的Web浏览器界面进行配置，并专注于特定的解决方案。具体应用将包括检查包装上的标签或定位、测量或控制制造部件。”

照明的重要

当被问及最新的技术时，杰拉蒂回答说，现在的照明选择比以往任何时候都多，选择最好的类型是成功的关键因素。例如，深紫外照明可以照亮更小的特征，甚至可以达到微米级，这使其成为印刷电路板检查的理想选择，而激光照明技术可以解决3D测量应用。”

一家供应商的包装解决方案可以解决基于pc和传感器的“味道很好，但不太饱”的困境。这将消除从不同公司选择组件然后尝试使它们工作的需要。

Matrox Imaging公司(Dorval, Quebec, Canada)负责独立系统和框架抓取的产品经理Fabio Perelli透露:“我们已经将各种视觉组件集成到一个独立的平台中。它提供图像捕获、处理、显示、存储、网络和通用I/O点，同时支持以太网、串行和并行端口以及USB。用户可以通过微软Visual Basic/ c++工具编译程序。”

视觉系统的应用几乎无处不在。佩雷利先生提到了最近的一些应用，包括用于检查胎儿的医学3D超声诊断成像系统。一个机器人应用程序帮助飞机机翼组装，而另一个视觉系统则检查液压矿机铲斗是否缺齿。

美国国家仪器公司(National Instruments, Austin, texas)的视觉产品经理Jason Mulliner建议用户评估他们当前和未来的需求。他说，为高科技行业服务的原始设备制造商必须不断升级机器，以保持竞争优势。因此，他们希望软件、计算机平台和硬件都是可扩展的，能够在不需要重新设计系统的情况下持续改进流程。”

Mulliner先生看到的一些应用包括传感器测试、光电子检测/校准、激光束轮廓和细胞计数。

在选择视觉系统时，一个重要的考虑因素是通信和I/O连接。DVT (Norcross, Ga.)一直支持以太网连接，并添加了Open DeviceNet供应商协会和ControlNet国际的Ethernet /IP协议，使罗克韦尔自动化的ControlLogix和SLC 5控制器能够通信。

编程和配置是重要的考虑因素。DVT在软件中使用“点击-拖动”设置，并包括用于分配IP地址的“网络邻居”功能。欧姆龙电子(Omron Electronics, Schaumburg，伊利诺伊州)使用了一种熟悉的下拉文件菜单格式。Cognex提供了一个用于配置应用程序的电子表格模板。PPT视觉，在附带的边栏中详细介绍，已经开发了一个图形范式，用户在屏幕上拖动代表工具和功能的图标，并按照逻辑顺序连接它们。

说到工具，欧姆龙电子的视觉产品营销经理Mark Sippel定义了几种可用的工具，包括根据标签或尺寸对包装进行分类的“Classification”，用于确定标签图形和文本中的小缺陷的“Fine Matching”，用于零件测量精度的“Edge Width and Position”，用于发现表面缺陷的“Edge Code Defect Detection”，以及用于日期/批次代码报告的“OCR/OCV”。

大多数视觉系统还能够读取1-和2-D(也称为数据矩阵)条形码。

另一种系统类型是复杂视觉引导机器人。Braintech的Babak Habibi(加拿大不列颠哥伦比亚省北温哥华)说，将视觉视为另一种商品，在事实发生后整合到制造单元的时代必须改变。他说:“在旧的模式下，集成商被期望组装机器人和视觉商品，为最终用户创造个性化的解决方案。可以说，这种模式的结果并不理想。我们相信，现在是时候让视觉指导成为标准化功能制造生产单元的一个组成部分了。”

Habibi先生在使用视觉引导机器人(VGR)应用程序时提出了一个警告，该应用程序的元素与所有视觉实现类似。他说:“虽然图像处理是一个必不可少的部分，但VGR还需要机器人、3D几何和制造工艺等领域的专业知识。”

当然，理解愿景只是成功实现的一部分。要成功地集成机器视觉，必须了解制造过程和控制方案。然后选择适合整体制造目标的系统。如果有疑问，使它都适合在一起，然后寻找一个合格的视觉系统集成商。

评论?电子邮件gmintchell@reedbusiness.com

视觉系统设计与集成商的思想

PPT Vision’s(明尼苏达州伊甸草原)该公司表示，Impact机器视觉“微系统”的价格与视觉传感器相比具有竞争力，但具有大型专用视觉系统的功能和灵活性。其高速处理器和亚像素软件算法提供了广泛的检测任务，包括模式查找，斑点，边缘查找，OCV, OCR, Gauge和对比度传感。该系统可以实现每秒60帧的图像捕获速率，使用内置的部分扫描支持可获得更快的速度。支持DSL(数字串行链路)系列高速摄像机，包括新的高分辨率和微头摄像机。

原始设备制造商和系统集成商可以访问系统的算法和函数库，允许他们开发定制的检查。点击式图形用户界面软件允许快速生成操作界面。该系统是din - railable。

Inspection Builder软件可以通过图形用户界面快速配置检查程序。在用户界面屏幕上设置和配置实际检测算法和控件的图标，实现对各个部件的检测。用户还可以设置可重用的程序段来完成特定的任务。

处理器充当检测数据的服务器，允许收集结果和图像，并通过以太网连接进行多位置自定义查看和显示。控制面板管理器软件提供面板构建图形组件，允许用户自定义控制面板。现成的Java、Active X或其他第三方控件可以添加到系统的库中。交互式触摸屏按钮、图像和数据显示以及密码保护方案可以使用相同的拖放编程方法创建。

其他功能包括系统校准，允许设置多个系统以实现定义的跨工厂性能标准;以及一个看门狗定时器，识别触发连续检查失败的情况，并关闭检查和过程。

PPT的产品开发总监Bob Kuhl指出:“Impact旨在为系统集成商提供一种视觉系统，可以快速轻松地应用于许多不同的应用，同时提供完全可定制的操作界面的灵活性和功能，并使用先进的检测算法进行高度控制。”

为药品生产注入质量保证

SV Research是一家总部位于美国的公司，在宾夕法尼亚州的哈里斯堡和德国的Markt-Schwaben设有办事处，主要设计和制造通用机器视觉系统。SVIM机器视觉系统完全可配置，专为高速应用而设计，基于双英特尔奔腾处理器，运行标准嵌入式微软操作系统，并通过Coreco Imaging (Montreal, Quebec, Canada) Viper系列帧抓取器获取图像。SVIM系统的应用范围从汽车发动机缸体检测到玻璃制造;然而，SV Research的大多数机器视觉系统都用于制药行业的质量保证检查。

Bausch & Stroeble (Ilshofen, Germany)是一家生产制药产品灌装和加工设备的机械制造商，为全球主要制药企业提供设备。SVIM机器视觉系统执行fda要求的注射药物质量保证检查。产品被送入一台机器，将它们呈现给连接到SVIM视觉系统的摄像机。该系统以每分钟300-600张的速度处理每个产品，最多可检查50张图像。该应用程序的挑战之一是需要对这些图像进行绝对验证，这些图像是在突发模式下获得的(100 msec内最多12张图像)。Viper框架抓取器的事件戳记功能解决了这一挑战。内部32位计数器在接收外部事件时递增，并使用时间戳“标记”每个获取的帧，以便后续处理和跟踪。通过检查这些唯一标识符，视觉系统可以准确地识别任何故障产品，跟踪到正确的图像，并立即将其从生产线上拒绝。

SV Research总裁罗恩·劳森(Ron Lawson)说:“Coreco Viper系列框架抓取器的标准化为我们提供了多种采集选项，每种都使用相同的界面软件。”“这使我们能够有效地实施最适合每个客户应用的解决方案。”

自1999年安装第一台SVIM机器视觉系统以来，美国和欧洲的制药公司已经实施了400多台SV Research SVIM，满足了FDA的要求，并有助于确保最高的产品质量。