機器視覺(jué)成熟時(shí)

　　工程師們發(fā)現，機器視覺(jué)已經(jīng)可以取代更加繁瑣的基于單點(diǎn)傳感器的系統。

　　在我35年前剛開(kāi)始接觸機器視覺(jué)技術(shù)的時(shí)候，數碼照相機還是實(shí)驗室里的新鮮玩意，圖像采集卡才剛剛進(jìn)入市場(chǎng)，圖像處理也還是一門(mén)暗房里的藝術(shù)。隨著(zhù)視覺(jué)技術(shù)逐漸成熟，圖像傳感器進(jìn)入了百萬(wàn)像素時(shí)代，而圖像采集卡則變得越來(lái)越精巧并且融合到相機的電子元件當中。最終，相機將圖像處理計算機的功能也納入其中。起初只能在圖書(shū)館里執行“臨界值”和“錯誤”分析的圖像處理軟件，連同一些其他不為人們所熟悉的操作，都集成到向導對話(huà)框當中，這樣，即便工程師對于機器視覺(jué)的概念理解十分粗淺，他們也可以隨心所欲的應用。

　　今天，視覺(jué)技術(shù)已經(jīng)成為了一項主流傳感技術(shù)?？刂乒こ處煱阉醋魇占到y狀態(tài)信息并自動(dòng)傳輸到控制系統的不可或缺的工具——尤其是有運動(dòng)存在的情況下。

　　許多視覺(jué)供應商都已經(jīng)摒棄了“照相機”或者“機器視覺(jué)系統”的稱(chēng)呼，轉而自稱(chēng)“視覺(jué)設備”以及“視覺(jué)傳感器”，因為這可以更好的描述出他們的產(chǎn)品是如何滿(mǎn)足工程師需求的。通過(guò)這樣的方式，人們的注意力也從系統選型轉向發(fā)掘視覺(jué)會(huì )對自己產(chǎn)生哪些幫助。視覺(jué)可以做的是，非?？焖俚氖占F實(shí)世界的海量數據，然后 將這些數據轉化成工程師需要知曉的精確信息。

　　由于人們最近更加關(guān)注視覺(jué)可以做什么，而不是簡(jiǎn)單的概念，一些部件的價(jià)格實(shí)際上已經(jīng)削減了。產(chǎn)品資源豐富、能夠執行多項任務(wù)、并且不再昂貴的部件，使視覺(jué)傳感器如今在價(jià)格以及控制過(guò)程中收集實(shí)時(shí)數據的性能方面，都不落下風(fēng)。而與傳統的傳感器陣列相比，視覺(jué)系統的優(yōu)勢在于更加容易安裝、培訓和維護。

　　為了讓差別顯示的更加清楚，我們可以簡(jiǎn)單的說(shuō)：?jiǎn)吸c(diǎn)式傳感器在一個(gè)位置測量一個(gè)參數，比如熱電偶、電感型接近傳感器、位置編碼器和激光束；而視覺(jué)系統則使用面掃描和線(xiàn)掃描技術(shù)，從清晰的可視區域（FOV）的大量點(diǎn)中獲取數據。視覺(jué)系統也涵蓋了光譜的很大范圍，從紅外線(xiàn)到可見(jiàn)光再到紫外線(xiàn)。圖像獲取技術(shù)依托強有力的計算資源，可以精確的抽取控制系統所需信息，無(wú)論是將其用于測量電機上指定點(diǎn)的溫度、報告質(zhì)量參數變量的統計分布、抑或是檢查印刷電路板上零件適合的位置。

　　哈雷工程師使用視覺(jué)系統

　　如果視覺(jué)系統使用得當，就可以取代大量的傳感器，這樣的觀(guān)點(diǎn)并不是今天才有的。7年前，我就曾經(jīng)撰寫(xiě)過(guò)一篇關(guān)于哈雷-戴維森摩托裝配工廠(chǎng)全新機器檢測系統的文章。這套系統由一家位于美國中西部的系統集成商構建，為此我曾專(zhuān)門(mén)對其進(jìn)行了采訪(fǎng)?！　?/p>

　
　　使用激光點(diǎn)掃描器確認箱子里的鋁罐包裝狀況，需要N+1個(gè)傳感器，這里N是指每個(gè)箱子里鋁罐的數量。而智能相機只需要使用一個(gè)就可以完成這項工作。

　　起初，系統的安裝動(dòng)機是為了確認雙凸輪88型發(fā)動(dòng)機定時(shí)鏈安裝是否正確。不必說(shuō)，哈雷正在安裝視覺(jué)系統的消息很快就在工程師中傳播開(kāi)來(lái)，而且每個(gè)人都有一套如何使用該系統的獨特想法。安裝完成之后，系統設計可以執行30項測試，比如確認鏈輪齒是否已經(jīng)被緊緊固定。

　　確認一個(gè)緊固件被卡緊看起來(lái)并不是視覺(jué)系統所長(cháng)，然而實(shí)際情況卻遠非如此。視覺(jué)系統至少可以以三種方式確認螺母在制造環(huán)境中是否被擰緊：

　　■ 確認合適的安裝位置—當一個(gè)自動(dòng)化系統安裝螺母的時(shí)候，它需要把螺母頂到某個(gè)東西上面，比如墊圈或者可以嵌入螺母的零件，機器視覺(jué)系統可以輕易的確定螺母是否已經(jīng)頂住了。如果沒(méi)有的話(huà)，兩個(gè)零件之間的間隙至少會(huì )顯現出一個(gè)陰影，而不是緊固情況下的一條線(xiàn)。

　　■ 計算螺紋—今天精確可重復的自動(dòng)化制造系統可以使每個(gè)零件完全一致，無(wú)論是螺紋的數量還是螺紋緊固度。通過(guò)計算螺母中的螺紋數量，視覺(jué)系統實(shí)際上觀(guān)測出螺栓的扭轉量。

　　■ 觀(guān)測變形量—如果螺栓連接一個(gè)有裂縫的環(huán)或者星形鎖緊墊圈、波紋型墊圈以及任何可能會(huì )變形的元件，視覺(jué)系統可以觀(guān)測到這些元件是否已經(jīng)因為擠壓而產(chǎn)生變形以及有多大的變形量。

　　從撰寫(xiě)這篇文章開(kāi)始，我已經(jīng)看到許許多多的工程師跳出了傳統的條條框框，使用視覺(jué)系統解決復雜的傳感問(wèn)題。而這個(gè)所謂的“條條框框”，對于視覺(jué)來(lái)說(shuō)，指的就是自動(dòng)化檢測?！　?/p>

　
　　確認螺紋緊固件的三種方法：觀(guān)測合適的安裝位置、從裝配中計算螺紋突起、以及觀(guān)測墊圈變形。

　　跳出條條框框

　　誰(shuí)都知道可以使用機器視覺(jué)檢測裝配線(xiàn)、校準刻度以及讀取標識，而這些傳統之外的應用才是最讓人感興趣的，也是對于控制工程師最具有潛在價(jià)值的。

　　比如說(shuō)，去年我曾經(jīng)見(jiàn)過(guò)這樣一個(gè)案例，一家電力工廠(chǎng)希望監控高壓變壓器上填油式絕緣物質(zhì)的液位。為了高效傳輸大量電力，電廠(chǎng)將電壓提升到百萬(wàn)伏的級別，傳輸中的電力損耗與傳輸電流的大小相關(guān)，而傳輸一定電量所需的電流又與電壓成反比。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，在超過(guò)安全電流之前，120萬(wàn)伏電壓線(xiàn)路每安培傳輸的電量是120伏線(xiàn)路的10000倍。電廠(chǎng)使用變壓器提升電壓使其達到工作級別。

　　然而，高壓變壓器往往會(huì )出現內部漏電，為了避免這個(gè)問(wèn)題，變壓器生產(chǎn)商就會(huì )在其內部空間充滿(mǎn)高純度的機油作為絕緣體。除了將所有的空間填滿(mǎn)之外，油液還可以防止由漏電引起的損壞，所以它比環(huán)氧化物或者玻璃之類(lèi)的固體絕緣體工作周期更長(cháng)。

　　電廠(chǎng)意識到，輸電的銅質(zhì)變壓器葉片會(huì )加熱機油，使其揮發(fā)，如果機油液位降低，變壓器箱體可能就會(huì )沒(méi)有被全部填充。在受熱的瞬間，一端機油液位上升，而另外一端暫時(shí)還沒(méi)有變化。電廠(chǎng)就利用紅外線(xiàn)照相機檢測瞬時(shí)溫度變化時(shí)的液位高度差，來(lái)遠程測量液位水平，而不需要穿過(guò)安全柵使變壓器內部暴露在外。無(wú)需停機，一張圖片就可以測量許多臺變壓器的液位。盡管現在這個(gè)獨特應用還沒(méi)有完全實(shí)現自動(dòng)化，但是顯而易見(jiàn)，這很容易實(shí)現，并可以用來(lái)控制任何冷熱液體的液位。

　　由于機器視覺(jué)可以測量任何可以轉化成紅外線(xiàn)/可見(jiàn)光/紫外線(xiàn)色差的變量，并且可以同時(shí)觀(guān)測數百萬(wàn)個(gè)位置，它的應用可以達到任何工程師能夠想象到的地方。

　　今天的機器視覺(jué)系統得益于先進(jìn)計算機技術(shù)，包括尺寸微小、功能強大的處理器、高級軟件算法、友善的操作界面，以及可以獲取數據、將其轉化為需要的信息、并且傳遞給控制系統的高速網(wǎng)絡(luò )。將所有這些打包成“智能視覺(jué)”產(chǎn)品，可以為控制工程師提供具有價(jià)格競爭力的靈活的傳感技術(shù)。