視覺(jué)傳感：工業(yè)傳感器市場(chǎng)增長(cháng)最快的領(lǐng)域

　　在不久之前，設計質(zhì)量控制系統的工程師還不得不在若干種檢驗選項中做出選擇，沒(méi)有一種完全令人滿(mǎn)意。這些選項包括昂貴的單用途視覺(jué)系統，多陣列低功能光電傳感器，以及易受疲勞和精力不集中影響的人眼檢驗。然而，如今最先進(jìn)的視覺(jué)傳感器正將傳統方法的最佳性能與史無(wú)前例的速度、精確度、尺寸及成本優(yōu)勢相結合。

　　為什么視覺(jué)傳感會(huì )成為工業(yè)傳感器市場(chǎng)中增長(cháng)最快的領(lǐng)域?

　　視覺(jué)傳感的基本原理

　　光電傳感器包含一個(gè)光傳感元件，而視覺(jué)傳感器具有從一整幅圖像捕獲光線(xiàn)的數以千計的像素。圖像的清晰和細膩程度通常用分辨率來(lái)衡量，以像素數量表示。Banner 工程公司提供的部分視覺(jué)傳感器能夠捕獲 130 萬(wàn)像素。因此，無(wú)論距離目標數米或數厘米遠，傳感器都能“看到”十分細膩的目標圖像。

　　在捕獲圖像之后，視覺(jué)傳感器將其與內存中存儲的基準圖像進(jìn)行比較，以做出分析。例如，若視覺(jué)傳感器被設定為辨別正確地插有八顆螺栓的機器部件，則傳感器知道應該拒收只有七顆螺栓的部件，或者螺栓未對準的部件。此外，無(wú)論該機器部件位于視場(chǎng)中的哪個(gè)位置，無(wú)論該部件是否在 360 度范圍內旋轉，視覺(jué)傳感器都能做出判斷。

　　視覺(jué)傳感器的優(yōu)勢

　　在可用的檢驗備選方案中，即視覺(jué)系統、光電傳感器、人工檢驗，以及視覺(jué)傳感器，視覺(jué)傳感器通常因其精確性、易用性、豐富功能及合理成本而成為最佳選擇。

　　隨著(zhù)各行業(yè)競爭越來(lái)越激烈，利潤率逐漸變小，制造商無(wú)法承受因瑕疵產(chǎn)品造成的高廢品率。因此，為在產(chǎn)生高昂成本之前檢測出問(wèn)題，制造商正將檢驗工作融入整個(gè)制造過(guò)程。

　　視覺(jué)系統與視覺(jué)傳感器之比較

　　復雜的視覺(jué)系統是一項成熟的技術(shù)，可執行細致的自動(dòng)檢驗。但是，復雜性和高成本妨礙了其在許多行業(yè)中的應用，其價(jià)格通常從5000美元至50000美元以上。這些復雜的視覺(jué)系統需要一個(gè)或多個(gè)攝像頭、定制軟件以及一臺計算機。它們往往需要聘請外部視覺(jué)顧問(wèn)來(lái)設計、集成和安裝系統。

　　此外，鑒于此類(lèi)系統的專(zhuān)用性，無(wú)法將它們輕松地改作它用。這些復雜的系統通常要求持續的專(zhuān)業(yè)支持。

　　盡管對復雜視覺(jué)系統的需求仍然存在，但是更廉價(jià)、更容易使用的視覺(jué)傳感器的推出，為一些工業(yè)應用提供了性?xún)r(jià)比更佳的解決方案。此外，由于視覺(jué)傳感器更小、更易使用，制造商會(huì )更頻繁地在檢驗和校驗應用中采用視覺(jué)解決方案。視覺(jué)傳感器在工廠(chǎng)自動(dòng)化的品質(zhì)提高及生產(chǎn)效率改進(jìn)方面功不可沒(méi)。

　　光電傳感器與視覺(jué)傳感器之比較

　　與光電傳感器相比，視覺(jué)傳感器賦予機器設計者更大的靈活性。以往需要多個(gè)光電傳感器的應用，現在可以用一個(gè)視覺(jué)傳感器來(lái)檢驗多項特征。視覺(jué)傳感器能夠檢驗大得多的面積，并實(shí)現了更佳的目標位置和方向靈活性。這使視覺(jué)傳感器在某些原先只有依靠光電傳感器才能解決的應用中受到廣泛歡迎。在傳統上，這些應用還需要昂貴的配件，以及能夠確保目標物體始終以同一位置和姿態(tài)出現的精確運動(dòng)控制。

　　此外，由于一個(gè)基本視覺(jué)傳感器的成本僅相當于數個(gè)具有較貴配件的光電傳感器，因此價(jià)格已不再是問(wèn)題。

　　視覺(jué)傳感器為應用的切換提供了無(wú)與倫比的靈活性。例如，生產(chǎn)工序的切換(從單份裝酸奶切換成冰淇淋桶)可能僅需數秒鐘，并且可遙控完成。附加的檢驗條件可輕松地添加到此應用中。

　　人工檢驗和視覺(jué)傳感器之比較

　　無(wú)論工廠(chǎng)自動(dòng)化有何進(jìn)步，許多檢驗仍用肉眼來(lái)完成。但是，在大多數應用中，視覺(jué)傳感器的許多優(yōu)勢非手動(dòng)檢驗流程所能及。視覺(jué)傳感器能夠以高得多的速度工作;以低得多的成本執行重復、多次、一致的檢驗。

　　不斷擴展的應用范圍

　　視覺(jué)傳感器的低成本和易用性已吸引機器設計師和工藝工程師將其集成入各類(lèi)曾經(jīng)依賴(lài)人工、多個(gè)光電傳感器，或根本不檢驗的應用。視覺(jué)傳感器的工業(yè)應用包括檢驗、計量、測量、定向、瑕疵檢測和分撿。以下只是一些應用范例：

　　在汽車(chē)組裝廠(chǎng)，檢驗由機器人涂抹到車(chē)門(mén)邊框的膠珠是否連續，是否有正確的寬度。

　　在瓶裝廠(chǎng)，校驗瓶蓋是否正確密封、裝灌液位是否正確，以及在封蓋之前沒(méi)有異物掉入瓶中

　　在包裝生產(chǎn)線(xiàn)，確保在正確的位置粘貼正確的包裝標簽

　　在藥品包裝生產(chǎn)線(xiàn)，檢驗阿斯匹林藥片的泡罩式包裝中是否有破損或缺失的藥片。

　　在金屬沖壓公司，以每分鐘逾150片的速度檢驗沖壓部件，比人工檢驗快13倍以上。

　　結論：對于視覺(jué)傳感器而言，這是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻。曾經(jīng)需要大量專(zhuān)業(yè)知識的技術(shù)，現在變得經(jīng)濟、易用。采用該技術(shù)的未來(lái)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)將繼續此趨勢?，F在的挑戰是如何讓各個(gè)行業(yè)意識到視覺(jué)傳感器在所有制造領(lǐng)域的潛力，其中包括質(zhì)量控制、測量和檢驗流程。

　　機器視覺(jué)提高質(zhì)控效率

　　對于工廠(chǎng)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化，機器視覺(jué)是實(shí)現真正意義的自動(dòng)的基礎和一種重要的質(zhì)量控制的手段。以下是歐姆龍對國內機器視覺(jué)市場(chǎng)的一些看法。

　　機器視覺(jué)，顧名思義就是使用機器的自動(dòng)化方法，實(shí)現類(lèi)似人類(lèi)視覺(jué)(眼睛+視覺(jué)神經(jīng)中樞+視覺(jué)神經(jīng)細胞)的功能。對于工廠(chǎng)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化，機器視覺(jué)是實(shí)現真正意義的自動(dòng)的基礎和一種重要的質(zhì)量控制的手段。

　　如果用最簡(jiǎn)單的一句話(huà)概括機器視覺(jué)系統的構成，就是由鏡頭，像機和控制器構成的機器視覺(jué)替代人工，根據物體在一定環(huán)境下得到的畫(huà)面進(jìn)行尺寸，缺陷，種類(lèi)，匹配，文字等各種參數的測量和判別。幫助客戶(hù)提高生產(chǎn)效率，減少人工這一自動(dòng)化領(lǐng)域的不確定因素對產(chǎn)品品質(zhì)的影響。

　　對于機器視覺(jué)的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說(shuō)，目前國內的情況有些特別。在供應商方面，因為絕大多數是國外廠(chǎng)家，存在一個(gè)對國內市場(chǎng)，國內文化了解的問(wèn)題。大家都看到了國內經(jīng)濟的高速發(fā)展，但可能這個(gè)發(fā)展的促進(jìn)因素和國外的情況不同，這也是他們短時(shí)間內沒(méi)辦法完全理解的。相信目前國內的銷(xiāo)售現狀離大多數供應商的希望還有一段距離，即使像OMRON這樣，進(jìn)入中國市場(chǎng)二十多年，近些年的機器視覺(jué)都在高速增長(cháng)，但目前的市場(chǎng)銷(xiāo)售額還是遠遠沒(méi)法和日本相比。

　　至于用戶(hù)這一端，最大的問(wèn)題在于對機器視覺(jué)的不了解，當然這也有國內特殊情況的原因，就是國內的勞動(dòng)力成本和機器視覺(jué)初期投資的對比情況?；蛘呤菍τ谛碌漠a(chǎn)品或解決問(wèn)題的方法不了解，或者是對這個(gè)新方法和傳統人工的對比不太清楚。這需要供應商多做推動(dòng)。

　　對于用戶(hù)和供應商之間的橋梁——集成商，同樣也是對機器視覺(jué)缺乏了解，不知道除了機械，普通傳感器以外還有一個(gè)方法就是通過(guò)畫(huà)面/圖像來(lái)做一些判斷。國內系統集成商也非常缺乏，而國內廠(chǎng)家的自制設備比例太低，這也是一個(gè)短時(shí)間內無(wú)法解決的問(wèn)題。

　　機器視覺(jué)的初期投資在國內勞動(dòng)力成本較低的大背景下無(wú)疑是每一個(gè)準備購買(mǎi)的人需要考慮的問(wèn)題，這也給機器視覺(jué)系統提出了更高的要求，無(wú)論是價(jià)格還是性能?；谝陨系恼J識，業(yè)內人士建議，在這一新產(chǎn)品的成長(cháng)階段，早期的市場(chǎng)培育，客戶(hù)培育，或者說(shuō)系統集成商的培育是非常重要的。所以我們花了許多時(shí)間在機器視覺(jué)基礎知識的培訓上，希望第一步做到讓更多的人知道機器視覺(jué)，知道它的基本原理。

　　機器視覺(jué)的未來(lái)是非常樂(lè )觀(guān)，也是充滿(mǎn)信心的。相信在不斷提高自己的前提下，隨著(zhù)國內自動(dòng)化程度的提高，整個(gè)社會(huì )對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提升，制造業(yè)對生產(chǎn)效率要求的提升，機器視覺(jué)這個(gè)新產(chǎn)品，新概念也會(huì )深入人心。

　　就像現在的自動(dòng)化強國當初經(jīng)歷過(guò)的這些階段一樣，在更大的市場(chǎng)上也會(huì )有更大的成績(jì)。所以說(shuō)OMRON相信機器視覺(jué)的未來(lái)是光明的，道路也是漫長(cháng)的。至于到具體的時(shí)間，可能要5年，也可能只要3年，或者更短，因為國內的發(fā)展一旦起步，速度將是驚人的。

　　編后記：當前中國的食品和包裝機械的一個(gè)突出問(wèn)題是新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，模仿多，新的創(chuàng )意少，這不僅與設計人員的知識水平有關(guān)，也和相關(guān)行業(yè)的發(fā)展有關(guān)。

　　國際先進(jìn)的作法是將各種機器元素以數據庫形式存入計算機，再把圖紙數字化后輸入計算機，由計算機自動(dòng)合成三維模型，接著(zhù)將過(guò)去曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的生產(chǎn)線(xiàn)故障輸入計算機，計算機即可演示實(shí)際工況，在用戶(hù)面前根據需要進(jìn)行修改。計算機合成速度快，修改工作迅速方便，如果用戶(hù)的某些要求達不到，計算機也會(huì )告訴你，以免除以后的糾紛。這種由計算機完成的仿真技術(shù)，大大縮短了包裝機械(生產(chǎn)線(xiàn))的設計周期，客戶(hù)的滿(mǎn)意度也大大提高。

　　當然，這種仿真技術(shù)的應用亦提醒包裝機械的制造按照部件的功能要先進(jìn)行模塊化，各部件有統一接口，各模塊之間可以自由組合。這樣可以變包裝機械的單件小批生產(chǎn)為各種模塊的批量生產(chǎn)，以降低生產(chǎn)成本。即使不是生產(chǎn)線(xiàn)而是單個(gè)機器，模塊式組合也可以縮短設計及制造周期，降低生產(chǎn)成本。而模塊化又可以使非標準零件走向標準化，使用戶(hù)排除故障方便快捷，也就降低了用戶(hù)的運行成本。