關于視覺檢測系統在自動化生產設備上的應用研究

楊秀芬 趙景彩

1.威海威高采血耗材有限公司 山東威海 264200

2.威海中玻光電有限公司 山東威海 264200

工業4.0離不開智能制造，智能制造離不開視覺。機器視覺是實現工業自動化和智能化的必要手段，相當于人類視覺在機器上的延伸。機器視覺具有高度自動化、高效率、高精度和適應較差環境等優點，將在我國工業自動化的實現過程中產生重要作用。

1 視覺檢測系統的介紹及組成結構

視覺檢測系統就是用機器代替人眼和大腦來做識別和檢測、判定。視覺檢測系統是指通過視覺檢測產品（相機、鏡頭、光源）將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給電腦，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；再配合適當的圖像處理軟件，對圖像進行識別、檢測以及做出各種信號的輸出，給出設備動作的信號。通俗的講就是圖像處理。通過相機對需要檢測的物品、區域進行拍照，然后進行圖像處理。目前主要應用是定位、識別、校驗、測量、瑕疵檢測等，行業有很多，電子、汽車、交通、物流、包裝等行業都可以用到。一個典型的視覺檢測系統主要包括光源、光學鏡頭、數字相機、圖像處理模塊、分揀機構等部分。通常采用全球快門的雙遠心鏡頭和以太網接口CMOS工業相機，實現了運動過程中的產品捕獲和檢測。該視覺系統是基于PC平臺的。采用windows1064位系統，通過IO模塊與PLC系統之間的通信，將測試結果轉化為NG篩選執行動作。

2 自動化生產設備中視覺檢測系統的應用

它包括幾個大項：定位引導及自動裝配，即告訴執行者如機械手去何處拿什么東西并放到何處；缺陷檢測，即檢測產品的各種缺陷，如大小，位置，有無、損傷等；測量，即目標物體的幾何形狀測量；識別，即認識物體的內容，如一維碼二維碼，字符文字等；這些技術廣泛應用于工業、軍事、醫療等領域[1]。

2.1 產品缺陷檢測

在自動化生產設備進行質量檢測及控制環節中，通常都會應用視覺檢測系統。自動化生產設備在進行質量檢測過程中，必須要明確自動化生產設備的組織形態，借助視覺檢測系統取得精確的檢測結果，質量控制人員首先需要對產品進行檢測項目及檢測標準進行確定，視覺檢測系統涉及拍攝檢測產品的圖像，對其進行檢測并轉化為數據供系統處理和分析，確保符合其生產控制的質量標準。不符合質量標準的對象會被跟蹤和剔除。

在大規模的工業自動化生產中，很多工業產品都需要進行質量檢測，例如采血針靜脈針組裝不到位、組裝過位、少膠花膠、導管破損，采血針小包裝多件、少件、損傷、插瓶針彎曲斷裂、靜脈針彎曲、護帽脫落、折袋、無批號、無撕口、封口壓針、封口歪斜等主要不良項目等進行檢測。產品質量的好壞一定程度上會影響產品的質量和使用率，那么視覺檢測系統可以在一定程度中解決這一難題，提升產品質量及生產效率。由于采血針產品有多個型號和多種規格，通過設置了多個版本內置程序，并添加了一鍵切換功能。這個系統的核心是通過成像的原理，將拍攝的產品與內置產品模板進行比對。

但是在實際應用過程中，由于每個產品缺陷都不一樣，我們一般常見的缺陷都屬于結構型缺陷，像一些外觀，尺寸，規格等都屬于這一類，而通過機器視覺檢測系統可以對目標表面圖像內容進行預處理，并與標準圖像對比，找到其中可能存在的缺陷，然后識別并判斷能力缺陷種類，對產品進行分類分級處理。

2.2 測量與識別

工業生產中識別功能，包含字符識別、條碼識別，二維碼識別。系統具備常規的字庫包含數字、字符、符號，可實現自動識別；也可以手動培訓中文或其他類型的文字，建立模板，實現快速檢測。兼容各種類型碼；可快速對破損、模糊變形及不良光照條件下的碼進行讀取，識別穩定高速。在運行視覺檢測計算的過程中，需要針對部分機械設備在使用的過程中可能會出現的頻率問題進行計算。在視覺檢測的過程中，首先需要計算機械設備在使用中振動的基礎數量，并根據不同的振動程度進行等級上的劃分，以此來設定機械運行中的可靠性數值，然后在利用相關的公式對機械設備進行計算，并將最終得到的數值與預定的數值進行比較，從中得到機械設備可靠性的視覺檢測結果。

在進行機械設備運行視覺檢測的過程中，需要根據設備損耗的情況進行檢測視覺檢測，在不同的環境下對機械設備磨損情況的不同進行等級的劃分，根據劃分好的等級進行設定，在設定中需要根據前期運行、中期運行以及后期運行三個不同的階段進行設定。觀察機械設備在運行中軸心的老化程度，根據不同的老化程度設定基本的指標，用數值進行替代。這樣的檢測視覺檢測方式，可以有效的提升視覺檢測的可靠程度，當機械受損情況較為嚴重的時候，對視覺檢測的數值也逐漸降低，最終繪制成機械設備運行可靠性數值曲線。

機械設備在運行的過程中可能會出現不確定的狀態，機械設備的運行狀態是都良好，是在不確定環境設定之后進行視覺檢測的。機械設備的出場時間越靠后，可能會出現的不確定運行狀態則越少。在對機械設備運行不確定運行做視覺檢測的餓時候，需要對機械設備分解的頻率數值進行計算，并利用信息之間的轉化情況，對機械設備做可靠性的視覺檢測[2]。

3 一種通用視覺檢測系統的設定方法及步驟：

（1）系統初始化：信息錄入模塊錄入用戶登錄權限、相機信息、通訊方式等信息，根據信息錄入模塊所錄入信息，相機設定模塊選取特定數量的相機加載連接視覺檢測系統，根據相機數量通信協議模塊采用串口RS232設定計算機的TCP/IP協議，外部相機所采集視覺數據通過通信協議模塊輸入視覺檢測系統；

（2）工具設定：圖像調整模塊對外部相機所采集視覺數據調整圖像焦距、取相曝光值，算法模塊在算法庫中調入指定算法對視覺數據分析處理，邏輯輸出模塊輸出分析處理數據的格式、計算、條件進入上位機；

（3）設定完成：進入到運行狀態，視覺系統通過設定聯機狀態即可進行與客戶的上位機系統進行信息對接，測試生產過程。

4 結語

視覺檢測系統具有操作性強、成本節約等優點，隨著市場發展的需求，在工業自動化日益進取的今天，視覺檢測系統在自動化設備生產中應用也越來越廣泛，越來越受到用戶的認可與青睞。