基于OMRON FH系列視覺傳感器的機器視覺檢測系統研究

吳紅霞

（武漢東湖學院機電工程學院 湖北·武漢 430212）

0 引言

在現代工業自動化生產中，存在大量檢測、識別、分揀具有高速大批量檢測、被測對象尺寸微小、檢測精度要求高等特點，利用人工無法連續穩定檢測，于是，人們把目光轉向了機器視覺。機器視覺利用相機鏡頭來代替人類視覺并結合圖像處理技術來實現目標識別和檢測[1]，具有高效率、高自動化、高可靠性等優點[2]，已經被廣泛應用于軍事、農業、工業生產、食品加工等領域[3]。

本文以OMRON旗下的FH系列視覺產品為研究對象，對機器視覺檢測系統進行研究。

1 視覺系統結構及檢測原理

本次研究借助本校視覺傳感器實訓平臺來完成。該系統主要由FH控制器、FZ相機、3Z4S-LESV-1214H鏡頭和顯示器、光源等幾部分構成。其硬件結構如圖1所示。

圖1：OMRON FH視覺系統結構圖

OMRONFH系列是嵌入式圖像處理系統，FH圖像處理系統的核心是控制器、相機和鏡頭。在FH中，已對圖像處理檢查所需的圖像輸入、測量處理、顯示、輸出等進行了打包，用戶可利用這些打包后的處理，按照圖像處理檢查的執行順序制作流程。FH將根據用戶制作流程執行圖像處理檢查。

該視覺系統檢測原理為：

相機將被測物體轉換成圖像信號，并傳送到控制器，控制器中的圖像處理單元將圖像的像素分布、亮度和顏色等信息轉化為數字信號，再對這些信號進行各種運算以抽取目標的面積、長度、數量、位置等特征，最后根據用戶預設的判斷條件輸出檢測結果，如：尺寸、角度、偏移、合格/不合格、有/無等。控制器中的輸出單元可將判定結果送給外部PC機或PLC等外部裝置進行相應控制。

2 視覺系統檢測系統測試

該視覺系統采集的所有參數信息、用戶預設的判斷條件、輸出檢測結果等均可通過FZ軟件來實現。

FZ軟件是與FH視覺傳感器配套使用的軟件，屬于可視化編程軟件，其特點是無須進行代碼編寫，只需要使用系統自帶的模塊便可完成對FH視覺傳感器的驅動編寫，并且程序與結果的調整同步。

為了便于研究，本次選擇幾種不同形狀的工件和條形碼來作為本次實驗的檢測樣本。

2.1 工件檢測

在流水線上的工件存在大量缺陷，給用戶和商家帶來比較大的困擾[4]。針對這一現象，利用FH視覺傳感器對工件樣本進行檢測。

本次檢測樣本均為靜止條件下檢測，故相機參數均采用默認值。

在FZ主畫面中點擊流程編輯按鈕，進入流程編程界面。選擇檢查和測量中的“搜索”檢測方法，添加至左側空白項目中。搜索檢測的原理為將測量物的特征部分登錄為圖像模型，然后在輸入圖像中搜索與模型最相似的部分，可輸出其相似度、位置等信息。

接著點擊“搜索”按鈕進入搜索檢測參數設置頁面，設置登錄模型。在模型登錄選項頁中設置檢測模型（本次選擇圓形為檢測模型）。

選擇區域設定選項頁進行編輯，設置需要檢測目標標記的區域，接著進入測量參數選項頁，點擊試測量的測量按鈕，依據測量值設置判定條件。如圖2、圖3所示。為了使測量值更精確，此次將相似度設置為80%－100%為合格。

圖2：檢測區域設置

圖3：判定條件設置

設置好后，就可以返回主界面進行檢測。本次選擇了6種不同形狀，以長方形和三角形為例，其檢測結果分別如圖4、圖5所示。從圖中可以看出，能輸出檢測結果和相應位置信息等。

圖4：長方形檢測

圖5：三角形檢測

6種形狀檢測結果如表1所示。

表1：不同形狀模型測試數據

表1中，NG表示不合格，OK表示合格，即表示所檢測形狀是否符合目標特征。在所測試6個樣本中，正方形和六角形的面積比較接近于目標模型，所以相似度比較高。為了提高測試精度，可以在目標特征中加入更多的判定條件。

這種檢測可用于識別測量對象的缺陷，也可識別不同的形狀，用于不同品種混入檢查。

2.2 條形碼檢測

條形碼可以標出物品的生產廠家、商品名稱、生產日期等諸多信息，因而在商品流通、圖書管理等許多領域得到了廣泛應用，在日常生活中也隨處可見。本次測試選擇4種條形碼樣本進行檢測。

在流程編程界面中選擇檢查和測量中的“條形碼”檢測方法，添加至左側空白項目中。點擊“條形碼”按鈕進入參數設置頁面，設置檢測區域。在測量參數頁面選擇碼型號為JAN/EAN/UPC，顯示顏色設置為藍色，其他均為默認值。結果設定中勾選顯示碼品質，輸出參數中選擇字符輸出。返回主界面進行測試。

4種測試結果分別如圖6，圖7，圖8和圖9所示。

圖6：JAN/EAN、UPC條形碼檢測

圖7：CODE128條形碼檢測

圖8：CODE93條形碼檢測

圖9：教材條形碼檢測

這個功能可用于條形碼識別等場合，能輸出相關參數，并判斷出是否有缺陷。

2.3 系統測試結果分析

從兩組不同樣本的實驗數據分析可知：

（1）FH視覺傳感器系統可以有效、準確地識別工件的不同形狀和不同條形碼，而且還能輸出精確參數信息；

（2）該視覺系統的功能非常強大，本次實驗只測試了其中兩個非常基本的功能。后續會對其他功能進行進一步測試。

3 結論

本文借助學校視覺實訓平臺對OMRON旗下FH視覺傳感系統進行了研究，通過兩組不同的實驗樣本對該系統進行測試，實驗結果表明：該系統具有高速性、高精度和便利性等特點，可用于檢測產品表面、尺寸、方向、顏色等特征，也可用于檢查標簽或產品表面上面印刷的文字等場合，其軟件界面簡單、清晰，功能強大，使用起來非常方便。機器視覺檢測系統在工業生產檢測中將有非常美好的前景[5-6]。