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機(jī)器視覺系統(tǒng)在包裝行業(yè)中的應(yīng)用

2006-07-06 08:40 來源：《包裝材料與容器》責(zé)編：中華印刷包裝網(wǎng)

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市場競爭推動機(jī)器視覺發(fā)展

在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中,，涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識別應(yīng)用,，例如電子裝配線的元件自動定位,，飲料瓶蓋的印刷質(zhì)量檢查，產(chǎn)品包裝上的條碼和字符識別等,。這類應(yīng)用的共同特點(diǎn)是連續(xù)大批量生產(chǎn),、對外觀質(zhì)量的要求非常高。通常這種帶有高度重復(fù)性和智能性的工作只能靠人工檢測來完成,，我們經(jīng)常在一些工廠的現(xiàn)代化流水線后面看到數(shù)以百計(jì)的檢測工人來執(zhí)行這道工序,，這在給工廠增加巨大的人工成本和管理成本的同時(shí)，仍然不能保證100%的檢驗(yàn)合格率（即“零缺陷”）,。而當(dāng)今企業(yè)之間的競爭,，顯然已經(jīng)不允許0.1%的缺陷存在。

這時(shí),，人們開始考慮把計(jì)算機(jī)的快速性,、可靠性、結(jié)果的可重復(fù)性,，與人類視覺的高度智能化和抽象能力相結(jié)合,，由此產(chǎn)生了機(jī)器視覺的概念。機(jī)器視覺的特點(diǎn)是自動化,、客觀,、非接觸和高精度,，與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)相比,，機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)的是精度和速度，以及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的可靠性,。機(jī)器視覺適用于大批量生產(chǎn)過程中的測量、檢查和辨識,，如：零件裝配完整性,，裝配尺寸精度，零件加工精度,，位置及角度測量，零件識別,，特性字符識別等,，其最大的應(yīng)用行業(yè)為：制藥、制造,、食品,、飲料、醫(yī)學(xué)等,，如：對高速貼片機(jī)上對電子元件的快速定位；對管腳數(shù)目的檢查,；對IC表面印字符的辨識,；膠囊生產(chǎn)中對膠囊壁厚和外觀缺陷的檢查；軸承生產(chǎn)中對滾珠數(shù)量和破損情況的檢查,；食品包裝上面對生產(chǎn)日期的辨識,；對標(biāo)簽貼放位置的檢查,。目前，國際上視覺系統(tǒng)的應(yīng)用方興未艾,，1998年的市場規(guī)模為46億美元,，而在我國國內(nèi)，工業(yè)視覺系統(tǒng)尚處于概念導(dǎo)入期,，各行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)在解決了生產(chǎn)自動化的問題以后,，已開始將目光轉(zhuǎn)向視覺測量自動化方面,。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的構(gòu)成和分類

機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測量和判斷,。機(jī)器視覺系統(tǒng)是通過機(jī)器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置,，分COMS和CCD兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號,，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，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,；圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征,，進(jìn)而根據(jù)別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度,。在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合,，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺。同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中,，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高,，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。另外,，機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成,，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成的基礎(chǔ)技術(shù)。

一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括如下部分：光源,、鏡頭、CCD照相機(jī),、圖像處理單元（或圖像捕獲卡）,、圖像處理軟件、監(jiān)視器,、通訊（輸入輸出單元）等,，其工作流程為：首先采用攝像機(jī)獲得被測目標(biāo)的圖像信號，然后通過A/D 轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布,、亮度和顏色等信息,，進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，然后再根據(jù)預(yù)設(shè)的判別準(zhǔn)則輸出判斷結(jié)果,，控制驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的處理,。機(jī)器視覺是一項(xiàng)綜合技術(shù)，其中包括數(shù)字圖像處理技術(shù),、機(jī)械工程技術(shù),、控制技術(shù)、光源照明技術(shù),、光學(xué)成像技術(shù)、傳感器技術(shù),、模擬與數(shù)字視頻技術(shù),、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)等,。機(jī)器視覺強(qiáng)調(diào)實(shí)用性,，要求能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，要有合理的性價(jià)比,、通用的工業(yè)接口,、較高的容錯(cuò)能力和安全性，并具有較強(qiáng)的通用性和可移植性,，它更強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性,，要求高速度和高精度。

總之,，應(yīng)用機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠大幅降低檢驗(yàn)成本,，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加快生產(chǎn)速度和效率,。作為高精度,、非接觸的測量方案，視覺系統(tǒng)涉及到光學(xué)和圖像處理算法,，本身就是高度專業(yè)化的產(chǎn)品，在整個(gè)測量控制系統(tǒng)中,，往往要與運(yùn)動控制系統(tǒng)配合完成位置矯正和進(jìn)給控制。另外,，生產(chǎn)線上對多工序進(jìn)行同步連續(xù)檢測時(shí),，必須使視覺系統(tǒng)具備分布式聯(lián)網(wǎng)能力。機(jī)器視覺與運(yùn)動控制,，網(wǎng)絡(luò)通訊等先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合正在改變工業(yè)自動化生產(chǎn)的面貌,。

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