基于OMRON FH系列視覺傳感器的機器視覺檢測系統(tǒng)研究

吳紅霞

（武漢東湖學(xué)院機電工程學(xué)院 湖北·武漢 430212）

0 引言

在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中，存在大量檢測、識別、分揀具有高速大批量檢測、被測對象尺寸微小、檢測精度要求高等特點，利用人工無法連續(xù)穩(wěn)定檢測，于是，人們把目光轉(zhuǎn)向了機器視覺。機器視覺利用相機鏡頭來代替人類視覺并結(jié)合圖像處理技術(shù)來實現(xiàn)目標識別和檢測[1]，具有高效率、高自動化、高可靠性等優(yōu)點[2]，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)、食品加工等領(lǐng)域[3]。

本文以O(shè)MRON旗下的FH系列視覺產(chǎn)品為研究對象，對機器視覺檢測系統(tǒng)進行研究。

1 視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及檢測原理

本次研究借助本校視覺傳感器實訓(xùn)平臺來完成。該系統(tǒng)主要由FH控制器、FZ相機、3Z4S-LESV-1214H鏡頭和顯示器、光源等幾部分構(gòu)成。其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1：OMRON FH視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

OMRONFH系列是嵌入式圖像處理系統(tǒng)，F(xiàn)H圖像處理系統(tǒng)的核心是控制器、相機和鏡頭。在FH中，已對圖像處理檢查所需的圖像輸入、測量處理、顯示、輸出等進行了打包，用戶可利用這些打包后的處理，按照圖像處理檢查的執(zhí)行順序制作流程。FH將根據(jù)用戶制作流程執(zhí)行圖像處理檢查。

該視覺系統(tǒng)檢測原理為：

相機將被測物體轉(zhuǎn)換成圖像信號，并傳送到控制器，控制器中的圖像處理單元將圖像的像素分布、亮度和顏色等信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再對這些信號進行各種運算以抽取目標的面積、長度、數(shù)量、位置等特征，最后根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的判斷條件輸出檢測結(jié)果，如：尺寸、角度、偏移、合格/不合格、有/無等。控制器中的輸出單元可將判定結(jié)果送給外部PC機或PLC等外部裝置進行相應(yīng)控制。

2 視覺系統(tǒng)檢測系統(tǒng)測試

該視覺系統(tǒng)采集的所有參數(shù)信息、用戶預(yù)設(shè)的判斷條件、輸出檢測結(jié)果等均可通過FZ軟件來實現(xiàn)。

FZ軟件是與FH視覺傳感器配套使用的軟件，屬于可視化編程軟件，其特點是無須進行代碼編寫，只需要使用系統(tǒng)自帶的模塊便可完成對FH視覺傳感器的驅(qū)動編寫，并且程序與結(jié)果的調(diào)整同步。

為了便于研究，本次選擇幾種不同形狀的工件和條形碼來作為本次實驗的檢測樣本。

2.1 工件檢測

在流水線上的工件存在大量缺陷，給用戶和商家?guī)肀容^大的困擾[4]。針對這一現(xiàn)象，利用FH視覺傳感器對工件樣本進行檢測。

本次檢測樣本均為靜止條件下檢測，故相機參數(shù)均采用默認值。

在FZ主畫面中點擊流程編輯按鈕，進入流程編程界面。選擇檢查和測量中的“搜索”檢測方法，添加至左側(cè)空白項目中。搜索檢測的原理為將測量物的特征部分登錄為圖像模型，然后在輸入圖像中搜索與模型最相似的部分，可輸出其相似度、位置等信息。

接著點擊“搜索”按鈕進入搜索檢測參數(shù)設(shè)置頁面，設(shè)置登錄模型。在模型登錄選項頁中設(shè)置檢測模型（本次選擇圓形為檢測模型）。

選擇區(qū)域設(shè)定選項頁進行編輯，設(shè)置需要檢測目標標記的區(qū)域，接著進入測量參數(shù)選項頁，點擊試測量的測量按鈕，依據(jù)測量值設(shè)置判定條件。如圖2、圖3所示。為了使測量值更精確，此次將相似度設(shè)置為80%－100%為合格。

圖2：檢測區(qū)域設(shè)置

圖3：判定條件設(shè)置

設(shè)置好后，就可以返回主界面進行檢測。本次選擇了6種不同形狀，以長方形和三角形為例，其檢測結(jié)果分別如圖4、圖5所示。從圖中可以看出，能輸出檢測結(jié)果和相應(yīng)位置信息等。

圖4：長方形檢測

圖5：三角形檢測

6種形狀檢測結(jié)果如表1所示。

表1：不同形狀模型測試數(shù)據(jù)

表1中，NG表示不合格，OK表示合格，即表示所檢測形狀是否符合目標特征。在所測試6個樣本中，正方形和六角形的面積比較接近于目標模型，所以相似度比較高。為了提高測試精度，可以在目標特征中加入更多的判定條件。

這種檢測可用于識別測量對象的缺陷，也可識別不同的形狀，用于不同品種混入檢查。

2.2 條形碼檢測

條形碼可以標出物品的生產(chǎn)廠家、商品名稱、生產(chǎn)日期等諸多信息，因而在商品流通、圖書管理等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在日常生活中也隨處可見。本次測試選擇4種條形碼樣本進行檢測。

在流程編程界面中選擇檢查和測量中的“條形碼”檢測方法，添加至左側(cè)空白項目中。點擊“條形碼”按鈕進入?yún)?shù)設(shè)置頁面，設(shè)置檢測區(qū)域。在測量參數(shù)頁面選擇碼型號為JAN/EAN/UPC，顯示顏色設(shè)置為藍色，其他均為默認值。結(jié)果設(shè)定中勾選顯示碼品質(zhì)，輸出參數(shù)中選擇字符輸出。返回主界面進行測試。

4種測試結(jié)果分別如圖6，圖7，圖8和圖9所示。

圖6：JAN/EAN、UPC條形碼檢測

圖7：CODE128條形碼檢測

圖8：CODE93條形碼檢測

圖9：教材條形碼檢測

這個功能可用于條形碼識別等場合，能輸出相關(guān)參數(shù)，并判斷出是否有缺陷。

2.3 系統(tǒng)測試結(jié)果分析

從兩組不同樣本的實驗數(shù)據(jù)分析可知：

（1）FH視覺傳感器系統(tǒng)可以有效、準確地識別工件的不同形狀和不同條形碼，而且還能輸出精確參數(shù)信息；

（2）該視覺系統(tǒng)的功能非常強大，本次實驗只測試了其中兩個非常基本的功能。后續(xù)會對其他功能進行進一步測試。

3 結(jié)論

本文借助學(xué)校視覺實訓(xùn)平臺對OMRON旗下FH視覺傳感系統(tǒng)進行了研究，通過兩組不同的實驗樣本對該系統(tǒng)進行測試，實驗結(jié)果表明：該系統(tǒng)具有高速性、高精度和便利性等特點，可用于檢測產(chǎn)品表面、尺寸、方向、顏色等特征，也可用于檢查標簽或產(chǎn)品表面上面印刷的文字等場合，其軟件界面簡單、清晰，功能強大，使用起來非常方便。機器視覺檢測系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)檢測中將有非常美好的前景[5-6]。