選擇視覺(jué)系統器件，你可以按這7步來(lái)

人類(lèi)想要實(shí)現一系列的基本活動(dòng)，如生活、工作、學(xué)習就必須依靠自身的器官，除腦以外，最重要的就是我們的眼睛了，工業(yè)機器人也不例外，要完成正常的生產(chǎn)任務(wù)，沒(méi)有一套完善的，先進(jìn)的視覺(jué)系統是很難想象的。那么我們又該如何構建一個(gè)視覺(jué)系統呢？本文從7個(gè)方面歸納了工業(yè)機器人視覺(jué)系統器件的選擇，供讀者參考。

1.攝像頭和光學(xué)部件

這一類(lèi)通常含有一個(gè)或多個(gè)攝像頭和鏡頭(光學(xué)部件)，用于拍攝被檢測的物體。根據應用，攝像頭可以基于如下標準，黑白、復合彩色(Y/C)，RGB彩色，非標準黑白(可變掃描)，步進(jìn)掃描(progressive-scan)或線(xiàn)掃描。

2. 燈光

燈光用于照亮部件，以便從攝像頭中拍攝到更好的圖像，燈光系統可以在不同形狀、尺寸和亮度。一般的燈光形式是高頻熒光燈、LED、白熾燈和石英鹵(quartz-halogen)光纖。

3. 部件傳感器

通常以光柵或傳感器的形式出現。當這個(gè)傳感器感知到部件靠近，它會(huì )給出一個(gè)觸發(fā)信號。當部件處于正確位置時(shí)，這個(gè)傳感器告訴機器視覺(jué)系統去采集圖像。

4. 圖像采集卡

也稱(chēng)為視頻抓取卡，這個(gè)部件通常是一張插在 PC上的卡。

這張采集卡的作用將攝像頭與 PC連接起來(lái)。它從攝像頭中獲得數據(模擬信號或數字信號)，然后轉換成PC 能處理的信息。

它同時(shí)可以提供控制攝像頭參數(例如觸發(fā)、曝光時(shí)間、快門(mén)速度等等)的信號。圖像采集卡形式很多，支持不同類(lèi)型的攝像頭，不同的計算機總線(xiàn)。

5. PC平臺

計算機是機器視覺(jué)的關(guān)鍵組成部分。

應用在檢測方面，通常使用 Pentium或更高的 CPU。一般來(lái)講，計算機的速度越快，視覺(jué)系統處理每一張圖片的時(shí)間就越短。

由于在制造現場(chǎng)中，經(jīng)常有振動(dòng)、灰塵、熱輻射等等，所以一般需要工業(yè)級的計算機。

6. 檢測軟件

機器視覺(jué)軟件用于創(chuàng )建和執行程序、處理采集回來(lái)的圖像數據、以及作出“通過(guò)/失敗(PASS/FAIL)”決定。機器視覺(jué)有多種形式(C 語(yǔ)言庫、ActiveX  控件、點(diǎn)擊編程環(huán)境等等)，可以是單一功能(例如設計只用來(lái)檢測 LCD或  BGA、對齊任務(wù)等等)，也可以是多功能(例如設計一個(gè)套件，包含計量、條形碼閱讀、機器人導航、現場(chǎng)驗證等等)。

7. 數字 I/O和網(wǎng)絡(luò )連接

一旦系統完成這個(gè)檢測部分，這部分必須能與外界通信，例如需要控制生產(chǎn)流程、將“通過(guò)/失敗(PASS/FAIL)”的信息送給數據庫。通常，使用一張數字  I/O板卡和(或)一張網(wǎng)卡來(lái)實(shí)現機器視覺(jué)系統與外界系統和數據庫的通信。

      確定你的目標

配置一個(gè)基于 PC的機器視覺(jué)系統認真的計劃和注意細節能幫助你確保你的檢測系統符合你的應用需求。首先你需要確定你的目標，這可能是最重要的一步?jīng)Q定在這個(gè)檢測任務(wù)中你需要實(shí)現什么，檢測任務(wù)通常分為如下幾類(lèi)：

測量或計量

讀取字符或編碼(條形碼)信息。

檢測物體的狀態(tài)

認知和識別特殊的特性：模式識別將物體與模板進(jìn)行對比或匹配，為機器或機器人導航檢測流程可以包含只有一個(gè)操作或包含多個(gè)與檢測任務(wù)相關(guān)的任務(wù)。

為了確認你的任務(wù)，首先你應該明確為了最大限度檢測部件你需要做的測試，也就是你能考慮到會(huì )出現的缺陷。

為了明確什么哪個(gè)才是最重要的，最好做一張評估表，列出“必須做”和“可以做”的測試。一旦主要的對測試標準滿(mǎn)意，隨后可以將更多的測試加進(jìn)去來(lái)改善檢測過(guò)程，一定要記住，添加測試的同時(shí)也會(huì )增加檢測的時(shí)間。

確定你需要的速度 –系統檢測每一個(gè)部件需要多少時(shí)間?

這個(gè)不只是由 PC的速度決定，還受生產(chǎn)流水線(xiàn)速度的影響。

很多機器視覺(jué)包含了時(shí)鐘/計時(shí)器，所以檢測操作的每一步所需要的時(shí)間都可以準確測量，從這些數據，我們就可以修改我們的程序以滿(mǎn)足時(shí)間上的要求。通常，一個(gè)基于  PC 的機器視覺(jué)系統每一秒可以檢測 20-25 個(gè)部件，與檢測部件的多少和處理程序以及計算機的速度有密切關(guān)系。

聰明地選擇你的硬件

一套機器視覺(jué)系統的性能與它的部件密切相關(guān)。在選擇的過(guò)程中，有很多捷徑特別在光學(xué)成像上可能很大程度降低系統的效率。如下是在選擇部件時(shí)你必須緊記的幾個(gè)基本原則。

1.攝像頭 攝像頭的選擇與應用的需求直接相關(guān)，通?？紤]三點(diǎn)：

a)黑白還是彩色;

b)部件/目標的運動(dòng);

c)圖像分辨率。

在檢測應用中大部分使用黑白攝像頭，因為黑白圖像能提供  90%可視數據，并且比彩色便宜。彩色攝像頭主要用于一些需要分析彩色圖像的場(chǎng)合里。根據部件在檢測時(shí)是否移動(dòng)，決定我們選擇標準隔行掃描攝像頭還是逐行掃描攝像頭。另外，圖像的分辨率必須足夠高，以提供檢測任務(wù)需要的足夠的數據。最后，攝像頭必須質(zhì)量好和可以避免工業(yè)現場(chǎng)中的振動(dòng)、灰塵和熱的影響。

2.光學(xué)部件和照明這個(gè)至關(guān)重要的因素往往被人所忽略。當你使用一個(gè)很差的光學(xué)部件或照明，就算你使用最好的機器視覺(jué)系統，它表現出的性能甚至比不上一個(gè)配上良好光學(xué)部件和適當照明的低能力系統。光學(xué)部件的目標是產(chǎn)生最好和最大可用面積的圖像，并且提供最好的圖像分辨率。照明的目標是照亮需要測量或檢測的部分的關(guān)鍵特征。通常，照明系統的設計由如下因素決定：顏色、紋理、尺寸、外形、反射率等等。

3.圖像采集卡雖然圖像采集卡只是完整的機器視覺(jué)系統的一個(gè)部件，但是它扮演一個(gè)非常重要的角色。

圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數字等等。

使用模擬輸入的圖像采集卡，目標是盡量不變地將攝像頭采集的圖像轉換為數字數據。使用不正確的圖像采集卡可能得到錯誤的數據。

工業(yè)用的圖像采集卡通常用于檢測任務(wù)，多媒體采集卡由于它通過(guò)自動(dòng)增益控制、邊沿增強和顏色增強電路來(lái)更改圖像數據，所以不用在這個(gè)領(lǐng)域里。使用數字輸入的圖像采集卡的目標是將攝像頭輸出的數字圖像數據轉換并輸送到  PC 中作處理。

考慮各種變化：人類(lèi)的眼睛和大腦可以在不同的條件下識別目標，但是機器視覺(jué)系統就不是這樣多才多藝了，它只能按程序編寫(xiě)的任務(wù)來(lái)工作。了解你的系統能看到什么和不能看到什么能幫助你避免失敗(例如將好的部件認為是壞的)或其它檢測錯誤。一般要考慮的包括部件顏色、周?chē)饩€(xiàn)、焦點(diǎn)、部件的位置和方向和背景顏色的大變化。

正確選擇軟件：機器視覺(jué)軟件是檢測系統中的智能部分，也是最核心的部分。軟件的選擇決定了你編寫(xiě)調試檢測程序的時(shí)間、檢測操作的性能等等。

機器視覺(jué)提供了圖形化編程界面 (通常稱(chēng)為“PointClick”) 通常比其他編程語(yǔ)言(例如  VisualC++)容易，但是在你需要一些特殊的特征或功能時(shí)有一定的局限性?；诖a的軟件包，盡管非常困難和需要編碼經(jīng)驗，但在編寫(xiě)復雜的特殊應用檢測算法具備更大的靈活性。一些機器視覺(jué)軟件同時(shí)提供了圖形化和基于代碼的編程環(huán)境，提供兩方面最好的特征，提供了很多靈活性，滿(mǎn)足不同的應用需求。

通信和記錄數據：機器視覺(jué)系統的總的目標是通過(guò)區分好和壞的部件來(lái)實(shí)現質(zhì)量檢測。為了實(shí)現這一功能，這個(gè)系統需要與生產(chǎn)流水線(xiàn)通信，這樣才可以在發(fā)現壞的部件是做某種動(dòng)作。通常這些動(dòng)作是通過(guò)數字  I/O 板，這些板與制造流水線(xiàn)中的  PLC相連，這樣壞的部件就可以跟好的部件分離。例外，機器視覺(jué)系統可以與網(wǎng)絡(luò )連接，這樣就可以將數據傳送給數據庫，用于記錄數據以及讓質(zhì)量控制員分析為什么會(huì )出現廢品。在這一步認真考慮將有助于將機器視覺(jué)系統無(wú)縫與生產(chǎn)流水線(xiàn)結合起來(lái)。需要考慮的問(wèn)題是：

使用了什么類(lèi)型的 PLC，它的接口如何?

需要什么類(lèi)型的信號?

現在使用或必須使用什么類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )?

在網(wǎng)絡(luò )上傳送的文件格式是什么?通常使用 RS-232端口與數據庫通信，來(lái)實(shí)現對數據的紀錄。

為以后做準備：當你為機器視覺(jué)系統選擇部件時(shí)，時(shí)刻記住未來(lái)的生產(chǎn)所需和有可能發(fā)生的變動(dòng)。這些將直接影響你的機器視覺(jué)軟硬件是否容易更改來(lái)滿(mǎn)足以后新的任務(wù)。提前的準備將不僅僅節約你的時(shí)間，而且通過(guò)在將來(lái)重用現有的檢測任務(wù)可以降低整個(gè)系統的價(jià)格。機器視覺(jué)系統的性能由最差的部分決定(就像一個(gè)木桶的容量由最短的一個(gè)木塊決定)，精度則由它能獲取的信息決定?；〞r(shí)間和精力合理配置系統就可以建造一個(gè)零故障和有彈性的視覺(jué)檢測系統。