視覺(jué)傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用

　　當(dāng)前視覺(jué)傳感器技術(shù)已得到了十分廣泛的應(yīng)用，工業(yè)、科技等領(lǐng)域中都在廣泛使用。其中工業(yè)檢測(cè)、醫(yī)學(xué)圖像分析、交通安全、家電等領(lǐng)域的應(yīng)用是比較典型的，下面主要介紹下視覺(jué)傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用。

　　1、視覺(jué)傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中的定位控制

　　將視覺(jué)傳感器應(yīng)用于焊縫跟蹤自動(dòng)系統(tǒng)中已經(jīng)有了明顯效果。例如在儲(chǔ)汽罐、船體等形狀的焊接中，視覺(jué)傳感器代替了人眼，再配以外圍控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)焊接控制，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要有：

　　（1）信息豐富，主要是因?yàn)楹附踊芈泛蛡鞲衅魇遣粵_突的，因此提供的信息就較為豐富。

　?。?）利用傳感器技術(shù)可以獲得大量信息，且信息測(cè)量的精度較高。

　?。?）傳感器技術(shù)對(duì)強(qiáng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)有較強(qiáng)的抗干擾能力，不會(huì)影響其工作。

　?。?）在工作時(shí)不用接觸到產(chǎn)品，因此對(duì)各種坡口形狀都能進(jìn)行檢測(cè)。

　　（5）能同時(shí)控制焊接跟蹤和焊接質(zhì)量。傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)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(guò)CCD傳感器獲得的；再通過(guò)識(shí)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(tǒng)會(huì)根據(jù)焊槍中心和焊縫中心的位置信息調(diào)節(jié)焊槍位置，實(shí)現(xiàn)焊接跟蹤。視覺(jué)傳感器的使用除了能高精度確定出焊縫中心位置外，對(duì)焊縫斷面形狀、面積等信息也能進(jìn)行檢測(cè)。都東等指出利用視覺(jué)傳感器獲取焊接對(duì)象信息時(shí)可采用以焊接對(duì)象宏觀三維結(jié)構(gòu)特征為基礎(chǔ)的視覺(jué)傳感方法和以焊接對(duì)象與去光學(xué)特征為基礎(chǔ)的視覺(jué)傳感方法兩種方法，獲取焊接信息時(shí)采用的傳感方式有三種，即焊前、焊中和焊后。因此，與傳統(tǒng)焊接方法相比，視覺(jué)系統(tǒng)在焊接領(lǐng)域的發(fā)展空間更為廣闊。

　　2、視覺(jué)傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中的條件檢測(cè)

　　視覺(jué)傳感器的工業(yè)條件檢測(cè)應(yīng)用是非常廣泛的，在工業(yè)生產(chǎn)中，視覺(jué)傳感器往往需要與工業(yè)控制系統(tǒng)，如機(jī)械手，PLC、伺服電機(jī)等相配合，它將計(jì)算機(jī)、顯示器等作為圖像處理和顯示設(shè)備并配以相應(yīng)軟件以完成更為復(fù)雜的視覺(jué)檢測(cè)任務(wù)，如圖2所示為DQ200視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)。視覺(jué)傳感器被安裝在機(jī)械手上，PLC控制六軸機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，從而將視覺(jué)傳感器帶到所需位置拍照，實(shí)現(xiàn)了對(duì)待檢測(cè)工件的多方位自動(dòng)拍攝。拍攝完畢后，圖像將被傳送給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)相關(guān)軟件完成復(fù)雜的圖像處理和分析，并將最后的分析結(jié)果通過(guò)通訊接口發(fā)回給PLC，而PLC將控制外圍設(shè)備根據(jù)檢測(cè)結(jié)果做出相應(yīng)的動(dòng)作。由此可見(jiàn)，利用視覺(jué)傳感器和外圍控制系統(tǒng)相組合，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的工業(yè)自動(dòng)化檢測(cè)，而視覺(jué)傳感器則是工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中不可或缺的部分。

　　又如在藥品生產(chǎn)中，藥品生產(chǎn)日期的檢測(cè)十分重要。傳統(tǒng)檢測(cè)主要依賴于人眼，但由于人眼的局限性，難免漏檢，如果出現(xiàn)了這種情況就需要全部重檢測(cè)，這就提高了藥品的生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率。因此何梓濱就提出在藥品生產(chǎn)日期檢測(cè)中使用視覺(jué)傳感器技術(shù)，還專門設(shè)計(jì)了視覺(jué)傳感器檢測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)測(cè)試證明此系統(tǒng)在藥品生產(chǎn)日期檢測(cè)中具有可行性。此外他還詳細(xì)講述了視覺(jué)傳感器的組成及對(duì)圖像進(jìn)行捕捉時(shí)的處理流程，通過(guò)對(duì)視覺(jué)傳感器的詳細(xì)分析得出在藥品生產(chǎn)日期檢測(cè)中使用視覺(jué)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(chǎn)成本，促進(jìn)了產(chǎn)品自動(dòng)化速度的進(jìn)一步提高。

　　3、視覺(jué)傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

　　目前世界傳感器由于攝像機(jī)在標(biāo)定過(guò)程中程序比較復(fù)雜，就會(huì)造成精確度不高等問(wèn)題，目前只能在大批量、重復(fù)率高且目標(biāo)對(duì)象差異不大的情況下適用，在目標(biāo)對(duì)象存在較大差異的環(huán)境中應(yīng)用就有點(diǎn)困難。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，視覺(jué)傳感器未來(lái)發(fā)展將是十分可觀的，也是充滿希望的。且隨著制造業(yè)的發(fā)展和視覺(jué)傳感器需求的增多，視覺(jué)傳感器相關(guān)產(chǎn)品將會(huì)越來(lái)越多，技術(shù)也會(huì)得以很大的提高，視覺(jué)傳感器在應(yīng)用上將從低端向高端發(fā)展，并朝著智能化、一體化方向發(fā)展。

　　視覺(jué)傳感技術(shù)的應(yīng)用案例

　　1、汽車車身視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)

　　車身成型是汽車制造的關(guān)鍵工序之一，對(duì)車身的各項(xiàng)指標(biāo)要求嚴(yán)格，需對(duì)車身進(jìn)行100%的檢測(cè)。傳統(tǒng)的車身檢測(cè)方法是利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，其操作復(fù)雜，速度慢，工期長(zhǎng)，只能進(jìn)行抽檢。

　　通常，車身的關(guān)鍵尺寸主要是擋風(fēng)玻璃尺寸、車門安裝處棱邊位置、定位孔位置等。因此視覺(jué)傳感器分布于這些位置附近，測(cè)量其相應(yīng)的棱邊、孔、表面的空間位置尺寸。在生產(chǎn)線上設(shè)計(jì)測(cè)量工位，車身定位后，置于一框架內(nèi)，框架由縱橫分布的金屬柱、桿構(gòu)成，可根據(jù)需要在框架上靈活安裝視覺(jué)傳感器。根據(jù)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量可安裝相應(yīng)數(shù)量的視覺(jué)傳感器，（通常情況下每個(gè)視覺(jué)傳感器測(cè)量一個(gè)被測(cè)點(diǎn)），根據(jù)不同形式的傳感器包括雙目立體視覺(jué)傳感器、輪廓傳感器等多種類型。

　　測(cè)量系統(tǒng)工作過(guò)程為：由生產(chǎn)線運(yùn)送車身到測(cè)量工位進(jìn)行準(zhǔn)確定位，然后傳感器按要求順序開(kāi)始工作，計(jì)算機(jī)采集檢測(cè)點(diǎn)圖像并進(jìn)行處理，計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，計(jì)算值與標(biāo)準(zhǔn)值比對(duì)，得出檢測(cè)結(jié)果，并將車身送出測(cè)量工位。

　　2、鋼管直線度、截面尺寸在線視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)

　　在工業(yè)生產(chǎn)中，無(wú)縫鋼管是一類重要的工業(yè)產(chǎn)品，而它的質(zhì)量參數(shù)則是制造的重要數(shù)據(jù)，其中鋼管的直線度及截面積是主要的幾何參數(shù)，是控制無(wú)縫鋼管制造質(zhì)量的關(guān)鍵，但由于以下原因使得參數(shù)的測(cè)量成為難題：

　?。?）無(wú)縫鋼管采取非接觸式測(cè)量，且制造現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣；

　?。?）無(wú)縫鋼管的空間尺寸大，這也要求檢測(cè)系統(tǒng)具備很大的測(cè)量空間。視覺(jué)傳感技術(shù)的出現(xiàn)解決了上述問(wèn)題，視覺(jué)傳感技術(shù)采用的是非接觸式測(cè)量且測(cè)量范圍大。

　　測(cè)量系統(tǒng)由多個(gè)結(jié)構(gòu)光傳感器組成，傳感器上結(jié)構(gòu)光投射器投射的光平面和被測(cè)鋼管相交，得到鋼管截面圓周上的部分圓弧，傳感器測(cè)量部分圓弧在空間中的位置。系統(tǒng)中每一個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)一個(gè)截面上部分圓弧的測(cè)量，通過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)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(luò)，得到直線度參數(shù)。測(cè)量系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)的控制下，可在數(shù)秒內(nèi)完成測(cè)量，滿足實(shí)時(shí)性要求。

　　3、三維形貌視覺(jué)測(cè)量

　　在三維形貌數(shù)字化測(cè)量技術(shù)是逆向工程和產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)、管理及制造的基礎(chǔ)支撐技術(shù)。它所實(shí)現(xiàn)三維形貌數(shù)字化測(cè)量的機(jī)理是將視覺(jué)非接觸、快速測(cè)量和最新的高分辨力數(shù)字成像技術(shù)相結(jié)合。由于所測(cè)量的物體多是大型、具有復(fù)雜表面的物體，測(cè)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(jué)掃描傳感器對(duì)被測(cè)形貌各個(gè)局部區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，再采用拼接技術(shù)將各部分形貌進(jìn)行拼接最終得到完整圖像。

　　這項(xiàng)傳感器的視覺(jué)掃描測(cè)頭采用局域雙目立體視覺(jué)測(cè)量原理設(shè)計(jì)。形貌整體拼接實(shí)質(zhì)上是將所采集到的數(shù)據(jù)放到公共坐標(biāo)上，這樣就能得到整體的數(shù)據(jù)描述。通過(guò)高分辨率數(shù)碼相機(jī)從測(cè)量空間的上方以不同的角度和位置對(duì)被測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，運(yùn)用光束定向交匯平差原理得到控制點(diǎn)空間坐標(biāo)并建立全局坐標(biāo)系，最后通過(guò)各個(gè)坐標(biāo)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)、轉(zhuǎn)換，完成數(shù)據(jù)拼接。

　　視覺(jué)源于生物界獲取外部環(huán)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(jué)獲取的，基于這一啟發(fā)研究人員開(kāi)始為機(jī)械安裝“眼睛”使得機(jī)器跟人類一樣通過(guò)“看”獲取外界信息，由此誕生了一門新興學(xué)科——計(jì)算機(jī)視覺(jué)，人們通過(guò)對(duì)生物視覺(jué)系統(tǒng)的研究從而模仿制作機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，盡管與人類視覺(jué)系統(tǒng)相差很大，但是這對(duì)傳感器技術(shù)而言是突破性的進(jìn)步。

　　視覺(jué)傳感器技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是圖像處理技術(shù)，通過(guò)截取物體表面的信號(hào)繪制成圖像從而呈現(xiàn)在研究人員的面前。視覺(jué)傳感技術(shù)的出現(xiàn)解決了其他傳感器因場(chǎng)地大小限制或檢測(cè)設(shè)備龐大而無(wú)法操作的問(wèn)題，由此廣受工業(yè)制造界的歡迎。