關(guān)于視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)在自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備上的應(yīng)用研究

楊秀芬 趙景彩

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工業(yè)4.0離不開智能制造，智能制造離不開視覺(jué)。機(jī)器視覺(jué)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化和智能化的必要手段，相當(dāng)于人類視覺(jué)在機(jī)器上的延伸。機(jī)器視覺(jué)具有高度自動(dòng)化、高效率、高精度和適應(yīng)較差環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，將在我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中產(chǎn)生重要作用。

1 視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的介紹及組成結(jié)構(gòu)

視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)就是用機(jī)器代替人眼和大腦來(lái)做識(shí)別和檢測(cè)、判定。視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)是指通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)產(chǎn)品（相機(jī)、鏡頭、光源）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給電腦，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；再配合適當(dāng)?shù)膱D像處理軟件，對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別、檢測(cè)以及做出各種信號(hào)的輸出，給出設(shè)備動(dòng)作的信號(hào)。通俗的講就是圖像處理。通過(guò)相機(jī)對(duì)需要檢測(cè)的物品、區(qū)域進(jìn)行拍照，然后進(jìn)行圖像處理。目前主要應(yīng)用是定位、識(shí)別、校驗(yàn)、測(cè)量、瑕疵檢測(cè)等，行業(yè)有很多，電子、汽車、交通、物流、包裝等行業(yè)都可以用到。一個(gè)典型的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)主要包括光源、光學(xué)鏡頭、數(shù)字相機(jī)、圖像處理模塊、分揀機(jī)構(gòu)等部分。通常采用全球快門的雙遠(yuǎn)心鏡頭和以太網(wǎng)接口CMOS工業(yè)相機(jī)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的產(chǎn)品捕獲和檢測(cè)。該視覺(jué)系統(tǒng)是基于PC平臺(tái)的。采用windows1064位系統(tǒng)，通過(guò)IO模塊與PLC系統(tǒng)之間的通信，將測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)化為NG篩選執(zhí)行動(dòng)作。

2 自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備中視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

它包括幾個(gè)大項(xiàng)：定位引導(dǎo)及自動(dòng)裝配，即告訴執(zhí)行者如機(jī)械手去何處拿什么東西并放到何處；缺陷檢測(cè)，即檢測(cè)產(chǎn)品的各種缺陷，如大小，位置，有無(wú)、損傷等；測(cè)量，即目標(biāo)物體的幾何形狀測(cè)量；識(shí)別，即認(rèn)識(shí)物體的內(nèi)容，如一維碼二維碼，字符文字等；這些技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域[1]。

2.1 產(chǎn)品缺陷檢測(cè)

在自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)及控制環(huán)節(jié)中，通常都會(huì)應(yīng)用視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備在進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中，必須要明確自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的組織形態(tài)，借助視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)取得精確的檢測(cè)結(jié)果，質(zhì)量控制人員首先需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定，視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)涉及拍攝檢測(cè)產(chǎn)品的圖像，對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)并轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)供系統(tǒng)處理和分析，確保符合其生產(chǎn)控制的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)象會(huì)被跟蹤和剔除。

在大規(guī)模的工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，很多工業(yè)產(chǎn)品都需要進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，例如采血針靜脈針組裝不到位、組裝過(guò)位、少膠花膠、導(dǎo)管破損，采血針小包裝多件、少件、損傷、插瓶針彎曲斷裂、靜脈針彎曲、護(hù)帽脫落、折袋、無(wú)批號(hào)、無(wú)撕口、封口壓針、封口歪斜等主要不良項(xiàng)目等進(jìn)行檢測(cè)。產(chǎn)品質(zhì)量的好壞一定程度上會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量和使用率，那么視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可以在一定程度中解決這一難題，提升產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。由于采血針產(chǎn)品有多個(gè)型號(hào)和多種規(guī)格，通過(guò)設(shè)置了多個(gè)版本內(nèi)置程序，并添加了一鍵切換功能。這個(gè)系統(tǒng)的核心是通過(guò)成像的原理，將拍攝的產(chǎn)品與內(nèi)置產(chǎn)品模板進(jìn)行比對(duì)。

但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于每個(gè)產(chǎn)品缺陷都不一樣，我們一般常見的缺陷都屬于結(jié)構(gòu)型缺陷，像一些外觀，尺寸，規(guī)格等都屬于這一類，而通過(guò)機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)目標(biāo)表面圖像內(nèi)容進(jìn)行預(yù)處理，并與標(biāo)準(zhǔn)圖像對(duì)比，找到其中可能存在的缺陷，然后識(shí)別并判斷能力缺陷種類，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分類分級(jí)處理。

2.2 測(cè)量與識(shí)別

工業(yè)生產(chǎn)中識(shí)別功能，包含字符識(shí)別、條碼識(shí)別，二維碼識(shí)別。系統(tǒng)具備常規(guī)的字庫(kù)包含數(shù)字、字符、符號(hào)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別；也可以手動(dòng)培訓(xùn)中文或其他類型的文字，建立模板，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)。兼容各種類型碼；可快速對(duì)破損、模糊變形及不良光照條件下的碼進(jìn)行讀取，識(shí)別穩(wěn)定高速。在運(yùn)行視覺(jué)檢測(cè)計(jì)算的過(guò)程中，需要針對(duì)部分機(jī)械設(shè)備在使用的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的頻率問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算。在視覺(jué)檢測(cè)的過(guò)程中，首先需要計(jì)算機(jī)械設(shè)備在使用中振動(dòng)的基礎(chǔ)數(shù)量，并根據(jù)不同的振動(dòng)程度進(jìn)行等級(jí)上的劃分，以此來(lái)設(shè)定機(jī)械運(yùn)行中的可靠性數(shù)值，然后在利用相關(guān)的公式對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行計(jì)算，并將最終得到的數(shù)值與預(yù)定的數(shù)值進(jìn)行比較，從中得到機(jī)械設(shè)備可靠性的視覺(jué)檢測(cè)結(jié)果。

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備運(yùn)行視覺(jué)檢測(cè)的過(guò)程中，需要根據(jù)設(shè)備損耗的情況進(jìn)行檢測(cè)視覺(jué)檢測(cè)，在不同的環(huán)境下對(duì)機(jī)械設(shè)備磨損情況的不同進(jìn)行等級(jí)的劃分，根據(jù)劃分好的等級(jí)進(jìn)行設(shè)定，在設(shè)定中需要根據(jù)前期運(yùn)行、中期運(yùn)行以及后期運(yùn)行三個(gè)不同的階段進(jìn)行設(shè)定。觀察機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行中軸心的老化程度，根據(jù)不同的老化程度設(shè)定基本的指標(biāo)，用數(shù)值進(jìn)行替代。這樣的檢測(cè)視覺(jué)檢測(cè)方式，可以有效的提升視覺(jué)檢測(cè)的可靠程度，當(dāng)機(jī)械受損情況較為嚴(yán)重的時(shí)候，對(duì)視覺(jué)檢測(cè)的數(shù)值也逐漸降低，最終繪制成機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性數(shù)值曲線。

機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)不確定的狀態(tài)，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是都良好，是在不確定環(huán)境設(shè)定之后進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)的。機(jī)械設(shè)備的出場(chǎng)時(shí)間越靠后，可能會(huì)出現(xiàn)的不確定運(yùn)行狀態(tài)則越少。在對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行不確定運(yùn)行做視覺(jué)檢測(cè)的餓時(shí)候，需要對(duì)機(jī)械設(shè)備分解的頻率數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，并利用信息之間的轉(zhuǎn)化情況，對(duì)機(jī)械設(shè)備做可靠性的視覺(jué)檢測(cè)[2]。

3 一種通用視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)定方法及步驟：

（1）系統(tǒng)初始化：信息錄入模塊錄入用戶登錄權(quán)限、相機(jī)信息、通訊方式等信息，根據(jù)信息錄入模塊所錄入信息，相機(jī)設(shè)定模塊選取特定數(shù)量的相機(jī)加載連接視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)相機(jī)數(shù)量通信協(xié)議模塊采用串口RS232設(shè)定計(jì)算機(jī)的TCP/IP協(xié)議，外部相機(jī)所采集視覺(jué)數(shù)據(jù)通過(guò)通信協(xié)議模塊輸入視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)；

（2）工具設(shè)定：圖像調(diào)整模塊對(duì)外部相機(jī)所采集視覺(jué)數(shù)據(jù)調(diào)整圖像焦距、取相曝光值，算法模塊在算法庫(kù)中調(diào)入指定算法對(duì)視覺(jué)數(shù)據(jù)分析處理，邏輯輸出模塊輸出分析處理數(shù)據(jù)的格式、計(jì)算、條件進(jìn)入上位機(jī)；

（3）設(shè)定完成：進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)，視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)設(shè)定聯(lián)機(jī)狀態(tài)即可進(jìn)行與客戶的上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信息對(duì)接，測(cè)試生產(chǎn)過(guò)程。

4 結(jié)語(yǔ)

視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)具有操作性強(qiáng)、成本節(jié)約等優(yōu)點(diǎn)，隨著市場(chǎng)發(fā)展的需求，在工業(yè)自動(dòng)化日益進(jìn)取的今天，視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)在自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)中應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，越來(lái)越受到用戶的認(rèn)可與青睞。