視覺傳感器在工業的應用

李娜

摘 要：視覺傳感器在當代科技飛速發展的帶動下，以其高速度和高精度的優勢廣泛應用于各個領域。特別是在現代工業自動化生產中，不僅提高了生產效率和質量，還大大降低了勞動成本。本文就視覺傳感器在工業中的應用進行研究。

關鍵詞：視覺傳感器；條件檢測；定位控制

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

目前工業進入現代工業自動化生產后，需要對處于生產過程中的工藝流程進行檢驗、計量、測量、定向、瑕疵檢測和分撿等，而這些工作完成的基礎是視覺傳感器的應用。此外產品包裝的好壞直接影響著企業形象，因此產品完成后進行包裝時也需要用到視覺傳感器，來檢查包裝是否符合規定、是否完整。隨著電子技術、計算機及傳感器技術的不斷發展促進了視覺傳感系統的發展，和人眼比較視覺傳感系統在一些場合上檢測靈敏度非常高，因此視覺傳感器技術得到了廣泛的關注和研究。相比于普通廣電傳感器來講，視覺傳感器靈活性更高、檢驗范圍更大，使視覺傳感器在工業中的應用越來越廣泛。

1 視覺傳感器技術

20世紀50年代視覺傳感器出現后就得到迅速發展。視覺傳感器出現后成為機器人中最重要的一個傳感器，開始形成機器人視覺，而其一開始主要是在積木世界中應用。一直到70年代才出現了具有現實意義的視覺系統，并在集成電路生產、飲料罐裝箱的檢驗、定位中應用，由此開始成為今天所說的視覺傳感器。

視覺傳感器主要是指利用照相機對目標圖像信息進行收集處理，計算出目標圖像的特征如位置、數量、形狀等，并將數據和判斷結果輸出到傳感器中。在視覺傳感器中主要組成有照相機、圖像傳感器等。其中圖像傳感器主要有兩種，一種是是CCD。另一種是CMOS。這兩種視覺傳感器相比，CCD成像品質較高，且具有一維圖像攝成的線陣CCD和二維平面圖像攝成的面陣CCD，因此在實際的工業應用中，CCD類型的傳感器應用較多。如圖1所示為視覺傳感器組成。

用于工業檢驗的方式很多如人工檢驗、視覺系統、光電傳感器、視覺傳感器等，但經過對幾種方式的比較分析可知，使用視覺傳感器系統檢測工業中相關技術指標是最佳的選擇，主要是由于視覺傳感器具有以下優勢：

（1）靈活性高

視覺傳感器可以對體積較大的物體進行檢驗，且在檢驗中能根據物體所在位置進行自我調整從而達到檢測環境最佳條件；在某些需要進行切換的應用中視覺傳感器也能很輕松的實現切換過程，如切換生產工序時主需要數秒鐘即可完成；視覺傳感器體積較小，不占用空間，在設置時比較靈活方便。

（2）成本低

使用視覺傳感器可低成本的實現重復、一次的檢驗工作，極大的幫助企業節約了時間和人力成本。

（3）準確度高

視覺傳感器中具有人工智能的特點，因此在應用中具有較高的準確度。

2 視覺傳感器在工業中的應用

當前視覺傳感器技術已得到了十分廣泛的應用，工業、科技等領域中都在廣泛使用。其中工業檢測、醫學圖像分析、交通安全、家電等領域的應用是比較典型的，下面主要介紹下視覺傳感器在工業中的應用。

2.1 視覺傳感器在工業生產中的定位控制

將視覺傳感器應用于焊縫跟蹤自動系統中已經有了明顯效果。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能實現實時焊接控制，其技術優勢主要有：

（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）利用傳感器技術可以獲得大量信息，且信息測量的精度較高。（3）傳感器技術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量。傳感器技術實現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；最后控制系統會根據焊槍中心和焊縫中心的位置信息調節焊槍位置，實現焊接跟蹤。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構特征為基礎的視覺傳感方法和以焊接對象與去光學特征為基礎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，與傳統焊接方法相比，視覺系統在焊接領域的發展空間更為廣闊。

2.2 視覺傳感器在工業生產中的條件檢測

視覺傳感器的工業條件檢測應用是非常廣泛的，在工業生產中，視覺傳感器往往需要與工業控制系統，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備并配以相應軟件以完成更為復雜的視覺檢測任務，如圖2所示為DQ200視覺檢測系統。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，由計算機通過相關軟件完成復雜的圖像處理和分析，并將最后的分析結果通過通訊接口發回給PLC，而PLC將控制外圍設備根據檢測結果做出相應的動作。由此可見，利用視覺傳感器和外圍控制系統相組合，可以實現真正意義上的工業自動化檢測，而視覺傳感器則是工業自動檢測系統中不可或缺的部分。

又如在藥品生產中，藥品生產日期的檢測十分重要。傳統檢測主要依賴于人眼，但由于人眼的局限性，難免漏檢，如果出現了這種情況就需要全部重檢測，這就提高了藥品的生產成本，降低了生產效率。因此何梓濱就提出在藥品生產日期檢測中使用視覺傳感器技術，還專門設計了視覺傳感器檢測系統，經過測試證明此系統在藥品生產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成本，促進了產品自動化速度的進一步提高。

3 視覺傳感器在工業中的應用發展趨勢

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

結語

雖然視覺傳感器技術在工業中應用十分廣泛，但需要提升的空間還很大。相信隨著計算機技術、通信技術、傳感器技術的持續發展視覺傳感器也會隨之發展，不斷提高其集成度、智能化程度，提高其可靠性、精確性和可控性，在工業自動化系統應用中發揮出更大的作用，幫助工業生產降低人力成本，促進生產效率的提高。隨著新材料的不斷開發，未來視覺傳感器功能將更強大，適用范圍將更廣。

參考文獻

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