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。

　　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、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。

　　視覺傳感技術的應用案例

　　1、汽車車身視覺檢測系統

　　車身成型是汽車制造的關鍵工序之一，對車身的各項指標要求嚴格，需對車身進行100%的檢測。傳統的車身檢測方法是利用三坐標測量機，其操作復雜，速度慢，工期長，只能進行抽檢。

　　通常，車身的關鍵尺寸主要是擋風玻璃尺寸、車門安裝處棱邊位置、定位孔位置等。因此視覺傳感器分布于這些位置附近，測量其相應的棱邊、孔、表面的空間位置尺寸。在生產線上設計測量工位，車身定位后，置于一框架內，框架由縱橫分布的金屬柱、桿構成，可根據需要在框架上靈活安裝視覺傳感器。根據測量點的數量可安裝相應數量的視覺傳感器，（通常情況下每個視覺傳感器測量一個被測點），根據不同形式的傳感器包括雙目立體視覺傳感器、輪廓傳感器等多種類型。

　　測量系統工作過程為：由生產線運送車身到測量工位進行準確定位，然后傳感器按要求順序開始工作，計算機采集檢測點圖像并進行處理，計算出被測點的空間三維坐標，計算值與標準值比對，得出檢測結果，并將車身送出測量工位。

　　2、鋼管直線度、截面尺寸在線視覺檢測系統

　　在工業生產中，無縫鋼管是一類重要的工業產品，而它的質量參數則是制造的重要數據，其中鋼管的直線度及截面積是主要的幾何參數，是控制無縫鋼管制造質量的關鍵，但由于以下原因使得參數的測量成為難題：

　　（1）無縫鋼管采取非接觸式測量，且制造現場環境惡劣；

　　（2）無縫鋼管的空間尺寸大，這也要求檢測系統具備很大的測量空間。視覺傳感技術的出現解決了上述問題，視覺傳感技術采用的是非接觸式測量且測量范圍大。

　　測量系統由多個結構光傳感器組成，傳感器上結構光投射器投射的光平面和被測鋼管相交，得到鋼管截面圓周上的部分圓弧，傳感器測量部分圓弧在空間中的位置。系統中每一個傳感器實現一個截面上部分圓弧的測量，通過適當的數學方法，由圓弧擬合得到截面尺寸和截面圓心的空間位置，由截面圓心分布的空間包絡，得到直線度參數。測量系統在計算機的控制下，可在數秒內完成測量，滿足實時性要求。

　　3、三維形貌視覺測量

　　在三維形貌數字化測量技術是逆向工程和產品數字化設計、管理及制造的基礎支撐技術。它所實現三維形貌數字化測量的機理是將視覺非接觸、快速測量和最新的高分辨力數字成像技術相結合。由于所測量的物體多是大型、具有復雜表面的物體，測量通常分為局部三維信息獲取和整體拼接兩部分，先利用視覺掃描傳感器對被測形貌各個局部區域進行測量，再采用拼接技術將各部分形貌進行拼接最終得到完整圖像。

　　這項傳感器的視覺掃描測頭采用局域雙目立體視覺測量原理設計。形貌整體拼接實質上是將所采集到的數據放到公共坐標上，這樣就能得到整體的數據描述。通過高分辨率數碼相機從測量空間的上方以不同的角度和位置對被測量進行數據收集，運用光束定向交匯平差原理得到控制點空間坐標并建立全局坐標系，最后通過各個坐標系進行關聯、轉換，完成數據拼接。

　　視覺源于生物界獲取外部環境信息的一種方式，是自然界生物獲取信息的最有效手段，是生物智能的核心組成之一。人類80%的信息都是依靠視覺獲取的，基于這一啟發研究人員開始為機械安裝“眼睛”使得機器跟人類一樣通過“看”獲取外界信息，由此誕生了一門新興學科——計算機視覺，人們通過對生物視覺系統的研究從而模仿制作機器視覺系統，盡管與人類視覺系統相差很大，但是這對傳感器技術而言是突破性的進步。

　　視覺傳感器技術的實質就是圖像處理技術，通過截取物體表面的信號繪制成圖像從而呈現在研究人員的面前。視覺傳感技術的出現解決了其他傳感器因場地大小限制或檢測設備龐大而無法操作的問題，由此廣受工業制造界的歡迎。