機(jī)器視覺可以捕捉、觀察和分析那些從前無法想象的任務(wù)。
想將檢測時(shí)間降低一個(gè)數(shù)量級、提高檢測質(zhì)量、降低成本、增加工人滿意度、提高安全性和減少不確定度?先進(jìn)的機(jī)器視覺技術(shù)是你的絕好選擇。用戶、系統(tǒng)集成商和機(jī)器視覺產(chǎn)品供應(yīng)商跟蹤了如下結(jié)果：
■ 與3英里每小時(shí)(mph)的人眼檢測速度相比，自動(dòng)3D檢測速度可以達(dá)到30英里每小時(shí)。
■ 無級調(diào)解產(chǎn)品的機(jī)器人維修。
■ 以200m/min的速度對生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)疵點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)面檢測，比肉眼速度快10倍。
■ 每秒記數(shù)450個(gè)形狀各異、大小不同的物體，精度高達(dá)99%。
■ 每份中可以對1200個(gè)不同顏色和大小的產(chǎn)品進(jìn)行檢測并做出合格判定，可以設(shè)置10個(gè)以上的合格判據(jù)，精度在95%到99%之間。花費(fèi)只有預(yù)期的1/3，9個(gè)月即可收回成本。
為了更快的進(jìn)行檢測，Nagle Rearch將Scik3D技術(shù)整合到獲專利的Georgetown Rail Aurora軌道檢測系統(tǒng)之中。
圖片顯示了木制枕木(圖1)和混凝土枕木(圖2)。圖3是裝載視覺系統(tǒng)的卡車，可以消除人為檢測的困難和不準(zhǔn)確。
圖1
圖2
圖3
感受機(jī)器視覺帶來的便利包括：
3D攝像頭可以以30mph的速度監(jiān)測鐵路
你愿意沿著鐵路邊走邊找疵點(diǎn)，還是愿意坐在車上以30mph的速度前行，而把工作留給3D攝像頭去完成，并且可以每小時(shí)檢測70000節(jié)鐵軌，每天檢測幾百英里?對于9英尺枕木的檢測長期以來被認(rèn)為是軌道維護(hù)的“寶石”，它可以確保工人的安全、舒適，且便于制定維護(hù)計(jì)劃。
當(dāng)檢查員們沿著鐵軌邊走邊對每一根枕木進(jìn)行判斷的時(shí)候，高穩(wěn)定性的枕木檢測向傳統(tǒng)的鐵軌檢測和枕木維護(hù)發(fā)起了挑戰(zhàn)，為什么?
■ 肉眼檢測人員對“好”或“壞”的判斷準(zhǔn)則是一直變化的;
■ 兩個(gè)檢測人員對同一根鐵軌的評價(jià)不可能完全一致;
■ 檢測人員在每一次評價(jià)上只能用僅僅1秒鐘;
■ 而且鐵路路況條件繁復(fù)多變。
來自于德克薩斯州Austin公司的Nagle發(fā)現(xiàn)2D檢測并不適合枕木的檢測，原因是枕木表面的污染物很多。Nagle將3D版本的Sick Ranger高速攝像頭集成到軌道用小型載貨車上，用來檢測枕木的幾何結(jié)構(gòu)，不考慮顏色和對比度的影響。此產(chǎn)品叫作Georgetown Rail Aurora 3D軌道檢測系統(tǒng)(獲美國和國際專利)，它可以記錄鐵軌的全尺寸，每個(gè)坐標(biāo)方向上以每小時(shí)30公里的速度捕捉三位表面圖像，解析度可以達(dá)到0.04英寸。
Georgetown Rail號稱此系統(tǒng)可以精確地檢測木制枕木、混凝土枕木、鐵釘、
鉚釘和枕木墊板。它還可以測量枕木間距和鐵軌基座腐蝕程度。
Nagle列舉了一系列用戶分析軟件，它們可以處理數(shù)以G計(jì)的數(shù)據(jù)，并針對超過12個(gè)枕木條件生成詳細(xì)報(bào)告，對有問題的枕木還可以回傳3D圖像。檢測完成后48小時(shí)內(nèi)，可以針對軸承、曲率、標(biāo)題、英里標(biāo)識、枕木位置的全球定位數(shù)據(jù)、鐵軌接縫檢測、單一枕木或枕木群上的鐵軌基座腐蝕、軌底坡、枕木間距、枕木墊板和鐵釘分級等信息增加變量，以符合用戶需求。
在北美廣泛使用的Aurora系統(tǒng)迅速擴(kuò)展到歐洲和其他市場。視頻展示了3D檢測系統(tǒng)的強(qiáng)大功能。
www.georgetownrail.com/aurora.php
www.nagleresearch.com
www.sickusa.com/machinevision
散落物體計(jì)數(shù)
對數(shù)量、次數(shù)以及軸承滾球、化學(xué)藥粒、種子、醫(yī)藥品等高速高頻落體加工領(lǐng)域中的對象位置的測量對系統(tǒng)的精確測量能力提出了新的要求。這樣的系統(tǒng)可以改進(jìn)生產(chǎn)廠商的流程和控制質(zhì)量。傳統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)弊端盡露：
油脂皮帶機(jī)系統(tǒng)不是實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)，需要測量前預(yù)處理。LED/光電檢測或者柵格提供實(shí)時(shí)、高速的測量，但是其空間解析度不高，最低只能檢測4mm的物體，而且對多種物體形成的物塊也無能為力。
帶有一個(gè)線掃描攝像頭的基于機(jī)器視覺的系統(tǒng)已經(jīng)證明比油脂皮帶機(jī)系統(tǒng)和LED/光電柵格檢測法更好，但是單一攝像頭仍舊無法區(qū)別物塊或多重物體，因?yàn)槠涮咏耍雌饋砭拖褚粋€(gè)物體。
通過使用 V I Engineering機(jī)器視覺系統(tǒng)輔以 National Instruments組件、軟件和在同一個(gè)平面垂直于敏感區(qū)域的2個(gè)線%%掃描攝像頭和線性背景光源，John Deere每秒鐘可以計(jì)數(shù)450個(gè)零件。
設(shè)計(jì)的目標(biāo)是為John Deere搭建一套系統(tǒng)，用于時(shí)間間距和高速下落物體XY軸物位的檢測，區(qū)分物塊中的每一個(gè)物體，同時(shí)確保精度高于99%，檢測速率每秒200個(gè)。
V I Engineering公司設(shè)計(jì)了一套基于
IEEE1394 的線掃描攝像頭和逆光單元的機(jī)器視覺系統(tǒng)。使用了專門的圖像采集算法，性能超過預(yù)期。最小檢測尺寸小于1mm，最大檢測尺寸超過25mm，物體下落速率可以高達(dá)每秒450個(gè)。系統(tǒng)采用了National Instruments Labview公司的NI圖像開發(fā)模組和針對1394的NI-Imag組件。PC需插裝一塊NI PCI-8252接口卡，連接兩個(gè)先掃描攝像頭。PCI Express技術(shù)協(xié)助完成規(guī)范系統(tǒng)以及機(jī)器視覺。
此系統(tǒng)的開發(fā)性能超過了預(yù)期要求，可以識別、匹配、計(jì)數(shù)和測量不規(guī)則形狀的物體。John Deere使用此系統(tǒng)協(xié)助產(chǎn)品開發(fā)和完善加工工藝。
通過使用逆光技術(shù)，每一個(gè)物體都表現(xiàn)為白色背景上的一個(gè)黑色質(zhì)點(diǎn)，表面狀況、亮度和顏色都無需關(guān)注，所以視覺算法不用隨著物體的外觀作調(diào)整。僅靠著兩個(gè)攝像頭的圖像，視覺算法就可以匹配和區(qū)分所有物體，并且還能區(qū)分成堆物塊。
遠(yuǎn)心鏡頭可以消除物體失真，但是為了節(jié)約成本，補(bǔ)償是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的。
www.ni.com
www.pciexpress.org
www.viengineering.com
敏銳的機(jī)器人視覺
SIR——意大利一家機(jī)器制造商，專營機(jī)器人產(chǎn)品，它使用
Cognex公司的PatMax視覺工具開發(fā)了一套獨(dú)一無二的自動(dòng)化工作單元，用于二次加工(打磨和表面處理)。二次加工刀具是預(yù)先集成在系統(tǒng)中的。二次加工需要很多決策技巧，由于產(chǎn)品是隨機(jī)的，而且也沒有兩把刀具是完全一樣的。反復(fù)的磨損，使刀具已經(jīng)喪失了原來的形狀，這樣就無法計(jì)算刀具輪廓。
機(jī)器人在視覺系統(tǒng)實(shí)時(shí)刀具形狀預(yù)測的幫助下將刀具定位。視覺系統(tǒng)還能記住刀柄的類型，然后掃描刀刃，計(jì)算重構(gòu)原始形狀。得到輪廓之后，第一次刀刃分析會(huì)區(qū)別分析每一個(gè)不規(guī)則點(diǎn)。太多的偏差會(huì)觸發(fā)正常工作循環(huán)的修改。
這里唯一可以確定的就是鈍刀鋒導(dǎo)致的無限變異。作為應(yīng)對，SIR在兩處使用
Cognex的視覺系統(tǒng)，使Kuka機(jī)器人工作起來完好如初。
視覺系統(tǒng)分析完成之后，會(huì)選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輪廓恢復(fù)刀具的原始形狀，第二個(gè)分析循環(huán)校驗(yàn)刀刃等級，修改工作參數(shù)，例如進(jìn)刀速度和入刀角度。下一步確定入刀點(diǎn)，避免損壞刀柄，如果考慮角度和刀尖形狀，甚至連出刀點(diǎn)也可以確定。機(jī)器人手臂夾持刀具分別研磨每一邊，然后沖刷刀具，確保刀刃邊緣平滑，最后冷沖刃口。
Kuka機(jī)器人裝配有Cognex視覺系統(tǒng)：一塊MVS-8501圖像采集卡，帶有PatMax、Blob和Caliper工具的VisionPro軟件。采集卡連接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解析度的模擬攝像頭，光源作為可選組件。
www.cognex.com
www.kuka.com
www.sir-mo.it
紡織品加工業(yè)關(guān)注速度和精度
紡織品加工業(yè)的特點(diǎn)是產(chǎn)品的多樣性，每一步的錯(cuò)誤會(huì)影響下一步的生產(chǎn)。紡織工業(yè)產(chǎn)品種類繁多，從傳統(tǒng)的機(jī)織或針織布料到車輛和保護(hù)器具用玻璃纖維和功能針織品。在以前，紡織品的檢測分兩步。首先，機(jī)器操作人員關(guān)注工藝流程，將生產(chǎn)的各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整到可以接受的范圍內(nèi)。此時(shí)的生產(chǎn)率不能超過150件每分鐘，否則質(zhì)量判別將僅限于粗略評價(jià)。其次，詳細(xì)地流水線下檢測將更多地針對生產(chǎn)瑕疵。整個(gè)檢測流程可以由多個(gè)檢測人員同步進(jìn)行，每個(gè)檢測人員的能力會(huì)很大程度上影響檢測結(jié)果。
這臺標(biāo)簽機(jī)是由Shelton Vision Systems使用Dalsa視覺技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括一個(gè)可用于探測缺陷和標(biāo)記、并對其分類的低角度檢測平臺。
Shelton Vision Systems公司開發(fā)了Shelton WebSpector表面檢測系統(tǒng)。此系統(tǒng)在一條玻璃纖維生產(chǎn)線上對生產(chǎn)和結(jié)構(gòu)瑕疵的檢測速度高達(dá)每分鐘200m，而精度和穩(wěn)定性都高于肉眼在每分鐘20m的速度下的檢測性能。它可以識別并記錄變化，包括產(chǎn)品尺寸、寬度、顏色、生產(chǎn)率、環(huán)境和織物構(gòu)造。Shelton說此系統(tǒng)使用Dalsa Spyder系列線掃描CCD(電荷耦合裝置)攝像頭，確保了低光照條件下的性能，并且有較高的性價(jià)比。Dalsa X64-CL iPro通過抓圖方式獲取數(shù)據(jù);Dalsa WiT 8.3是基于視覺變成的視覺軟件。
www.dalsa.com
www.sheltonvision.co.uk/vision
質(zhì)量檢測中的精確合格判定
Mold-Rite Plastics Inc.是專業(yè)的制藥業(yè)容器和外殼生產(chǎn)商，它正致力于提高生產(chǎn)線自動(dòng)檢測的質(zhì)量，以達(dá)到制藥業(yè)的嚴(yán)格要求。要對不同顏色和尺寸的蓋子和外殼進(jìn)行超過10種的合格判定，速率要達(dá)到每分鐘1200個(gè)。一套質(zhì)量檢驗(yàn)程序用于確保合格判定的準(zhǔn)確率在95%和99%之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過從前。
Mold-Rite自動(dòng)化的經(jīng)理Dave Cross安裝了此系統(tǒng)，他說道：蓋子的直徑從1英寸到4英寸不等，顏色各異，相應(yīng)地，生產(chǎn)蓋子的流水線的顏色也顏色各異。
在安裝模式下(上圖)，操作員可以輕松安裝蓋子周圍的環(huán)、以及兒童傷害的預(yù)防裝置。西門子視覺系統(tǒng)從這里學(xué)習(xí)和安裝檢測。在運(yùn)行模式下，底部右側(cè)的缺陷圖顯示“正常”，允許用戶在產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)設(shè)置容忍度。
Siemens公司和Mold-Rite公司的Cross等人合作，搭建模擬視覺系統(tǒng)，以求研究視覺系統(tǒng)以及機(jī)器設(shè)計(jì)上需做的變化。(大約$12,000作為系統(tǒng)集成的費(fèi)用被投入到此項(xiàng)目中，不包括在機(jī)器視覺系統(tǒng)本身的費(fèi)用之內(nèi)。)Siemens公司承諾準(zhǔn)確率會(huì)達(dá)到95%甚至更高。
雖然人眼每秒鐘可以模糊地看到20個(gè)蓋子，是滾輪和傳送帶的配合可以使每一個(gè)零件就像白色閃光一樣，但對于攝像頭來說，已經(jīng)足夠了。
一個(gè)典型的用戶界面可以使操作員迅速搭建起視覺系統(tǒng)，用來檢測不同的蓋子和顏色組合。
Siemens Energy & Automation機(jī)器視覺系統(tǒng)美國市場部經(jīng)理Glenn Symonds說：Siemens公司的 Simatic 1744 Visionscape Accelerated Frame抓圖器安裝在電腦上，再與兩個(gè)先進(jìn)的CM1100雙速掃描攝像頭相連。DF-150-3紅色環(huán)形燈和BL75x75紅色背光作為蓋子的照明。Simatic Opto IO板作為與PLC的接口，接受處罰和控制信息，傳送通過與否和系統(tǒng)狀態(tài)信息。這套系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，一套系統(tǒng)就可以檢測所有型號的蓋子，操作工和技術(shù)人員很容易上手。Cross說Mold-Rite在原型搭建和設(shè)計(jì)上的費(fèi)用是$7,000到$8,000，全部的費(fèi)用大約只占預(yù)期的2/3，他很巧妙地回避了總費(fèi)用。他說，成本9個(gè)月可以收回。
www.mrpcap.com
www.sea.siemens.com/mv
機(jī)器視覺照明在白天和夜間的區(qū)別
正如西門子能源和自動(dòng)化集團(tuán)描述的那樣，在沒有強(qiáng)有力的算法和流程視覺圖片控制器之前，合理的照明可以在圖片里造成“白天和夜間”的區(qū)別，以便分析。從圖片比對不同的照明類型：光環(huán)(左圖)和連續(xù)散射照明器(右圖);光環(huán)和背光;亮環(huán)和暗環(huán)。西門子Nerlite業(yè)務(wù)的網(wǎng)站可以做更多的解釋：www.nerlite.com/Selector.html
