機器視覺系統(tǒng)的組成、分類及優(yōu)勢

隨著工業(yè)4.0時代的到來，機器視覺在智能制造業(yè)領(lǐng)域的作用越來越重要，機器視覺技術(shù)是如何工作的、它為什么是實現(xiàn)流程自動化和質(zhì)量改進的正確選擇等。

機器視覺技術(shù)，是一門涉及人工智能、神經(jīng)生物學、心理物理學、計算機科學、圖像處理、模式識別等諸多領(lǐng)域的交叉學科。機器視覺主要用計算機來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。機器視覺技術(shù)最大的特點是速度快、信息量大、功能多。

什么是機器視覺？

機器視覺的定義：機器視覺就是使用光學非接觸式感應設(shè)備自動接收并解釋真實場景的圖像以獲得信息控制機器或流程。

機器視覺就是為了流程控制或檢測所制造的產(chǎn)品而從數(shù)字圖像中自動提取信息，看下圖示范：

▲ 機器視覺運用圖解

為了更好地理解機器視覺，下面，我們以啤酒廠采用的填充液位檢測系統(tǒng)為例來進行說明：

▲圖1 啤酒瓶填充液位檢驗示例

當每個啤酒瓶移動經(jīng)過檢測傳感器時，檢測傳感器將會觸發(fā)視覺系統(tǒng)發(fā)出頻閃光，拍下啤酒瓶的照片。采集到啤酒瓶的圖像并將圖像保存到內(nèi)存后，視覺軟件將會處理或分析該圖像，并根據(jù)啤酒瓶的實際填充液位發(fā)出通過-未通過響應。如果視覺系統(tǒng)檢測到一個啤酒瓶未填充到位，即未通過檢測，視覺系統(tǒng)將會向轉(zhuǎn)向器發(fā)出信號，將該啤酒瓶從生產(chǎn)線上剔除。操作員可以在顯示屏上查看被剔除的啤酒瓶和持續(xù)的流程統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

另外，機器視覺系統(tǒng)還能夠進行物品測量，比如確定火花塞間隙或提供位置信息，引導機器人在制造組裝過程中將元件對位，圖2顯示的例子主要是說明機器視覺系統(tǒng)如何能夠用于進行濾油器（右）通過或未通過檢測，以及測量支架上中心軸頭的寬度（左）。

▲圖2 機器視覺系統(tǒng)能夠在生產(chǎn)線上進行實時測量和檢驗，比如加工支架（左）或濾油器（右）

在這個應用示例中，填充液位檢驗系統(tǒng)僅可提供兩種結(jié)果，這顯示了二進制系統(tǒng)的特征：

1、 如果產(chǎn)品合格，則檢測結(jié)果為“通過”

2、 如果產(chǎn)品不合格，則檢測結(jié)果為“未通過”。

機器視覺的優(yōu)勢究竟有哪些？

雖然人類視覺最擅長于對復雜、非結(jié)構(gòu)化的場景進行定性解釋，但機器視覺則憑借速度、精度和可重復性等優(yōu)勢，擅長于對結(jié)構(gòu)化場景進行定量測量，舉例來說，在生產(chǎn)線上，機器視覺系統(tǒng)每分鐘能夠?qū)?shù)百個甚至數(shù)千個元件進行檢測。配備適當分辨率的相機和光學元件后，機器視覺系統(tǒng)能夠輕松檢驗小到人眼無法看到的物品細節(jié)特征。

另外，由于消除了檢驗系統(tǒng)與被檢驗元件之間的直接接觸，機器視覺還能夠防止元件損壞，也避免了機械部件磨損的維護時間和成本投入。通過減少制造過程中的人工參與，機器視覺還帶來了額外的安全性和操作優(yōu)勢。此外，機器視覺還能夠防止?jié)崈羰沂艿饺藶槲廴?，也能讓工人免受危險環(huán)境的威脅。

機器視覺系統(tǒng)的分類

?智能相機

?基于嵌入式

?基于PC

機器視覺系統(tǒng)的組成

?圖像獲取：光源、鏡頭、相機、采集卡、機械平臺

?圖像處理與分析：工控主機、圖像處理分析軟件、圖形交互界面。

?判決執(zhí)行：電傳單元、機械單元