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機器視覺系統(tǒng)在包裝行業(yè)中的應用

2006-07-06 08:40 來源：《包裝材料與容器》責編：中華印刷包裝網(wǎng)

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市場競爭推動機器視覺發(fā)展

在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識別應用，例如電子裝配線的元件自動定位，飲料瓶蓋的印刷質(zhì)量檢查，產(chǎn)品包裝上的條碼和字符識別等。這類應用的共同特點是連續(xù)大批量生產(chǎn)、對外觀質(zhì)量的要求非常高。通常這種帶有高度重復性和智能性的工作只能靠人工檢測來完成，我們經(jīng)常在一些工廠的現(xiàn)代化流水線后面看到數(shù)以百計的檢測工人來執(zhí)行這道工序，這在給工廠增加巨大的人工成本和管理成本的同時，仍然不能保證100%的檢驗合格率（即“零缺陷”）。而當今企業(yè)之間的競爭，顯然已經(jīng)不允許0.1%的缺陷存在。

這時，人們開始考慮把計算機的快速性、可靠性、結果的可重復性，與人類視覺的高度智能化和抽象能力相結合，由此產(chǎn)生了機器視覺的概念。機器視覺的特點是自動化、客觀、非接觸和高精度，與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)相比，機器視覺強調(diào)的是精度和速度，以及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的可靠性。機器視覺適用于大批量生產(chǎn)過程中的測量、檢查和辨識，如：零件裝配完整性，裝配尺寸精度，零件加工精度，位置及角度測量，零件識別，特性字符識別等，其最大的應用行業(yè)為：制藥、制造、食品、飲料、醫(yī)學等，如：對高速貼片機上對電子元件的快速定位；對管腳數(shù)目的檢查；對IC表面印字符的辨識；膠囊生產(chǎn)中對膠囊壁厚和外觀缺陷的檢查；軸承生產(chǎn)中對滾珠數(shù)量和破損情況的檢查；食品包裝上面對生產(chǎn)日期的辨識；對標簽貼放位置的檢查。目前，國際上視覺系統(tǒng)的應用方興未艾，1998年的市場規(guī)模為46億美元，而在我國國內(nèi)，工業(yè)視覺系統(tǒng)尚處于概念導入期，各行業(yè)的領先企業(yè)在解決了生產(chǎn)自動化的問題以后，已開始將目光轉向視覺測量自動化方面。

機器視覺系統(tǒng)的構成和分類

機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統(tǒng)是通過機器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分COMS和CCD兩種）將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)別的結果來控制現(xiàn)場的設備動作。

機器視覺系統(tǒng)的特點是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺。同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。另外，機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機集成的基礎技術。

一個典型的工業(yè)機器視覺應用系統(tǒng)包括如下部分：光源、鏡頭、CCD照相機、圖像處理單元（或圖像捕獲卡）、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊（輸入輸出單元）等，其工作流程為：首先采用攝像機獲得被測目標的圖像信號，然后通過A/D 轉換變成數(shù)字信號傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布、亮度和顏色等信息，進行各種運算來抽取目標的特征，然后再根據(jù)預設的判別準則輸出判斷結果，控制驅(qū)動執(zhí)行機構進行相應的處理。機器視覺是一項綜合技術，其中包括數(shù)字圖像處理技術、機械工程技術、控制技術、光源照明技術、光學成像技術、傳感器技術、模擬與數(shù)字視頻技術、計算機軟硬件技術、人機接口技術等。機器視覺強調(diào)實用性，要求能夠適應工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，要有合理的性價比、通用的工業(yè)接口、較高的容錯能力和安全性，并具有較強的通用性和可移植性，它更強調(diào)實時性，要求高速度和高精度。

總之，應用機器視覺系統(tǒng)能夠大幅降低檢驗成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加快生產(chǎn)速度和效率。作為高精度、非接觸的測量方案，視覺系統(tǒng)涉及到光學和圖像處理算法，本身就是高度專業(yè)化的產(chǎn)品，在整個測量控制系統(tǒng)中，往往要與運動控制系統(tǒng)配合完成位置矯正和進給控制。另外，生產(chǎn)線上對多工序進行同步連續(xù)檢測時，必須使視覺系統(tǒng)具備分布式聯(lián)網(wǎng)能力。機器視覺與運動控制，網(wǎng)絡通訊等先進技術的結合正在改變工業(yè)自動化生產(chǎn)的面貌。

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