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机器视觉检测及其应用优势

文字:[大][中][小] 2019-07-18     浏览次数:79    

什么是视觉检测?


视觉检测是指通过机器图像采集单元将被摄取目标转换成数字信号,传送给图像处理单元,图像处理单元通过对数字信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。简而言之,视觉检测就是指利用机器来替代人眼进行各种测量和判断。视觉检测设备广泛用于生产、装配和包装等行业,它在检测产品缺陷和防止缺陷产品进入市场等方面具有重要价值。


视觉检测系统示意图




视觉检测涉及的领域


机器视觉是工程领域和科学领域中的一个非常重要的研究领域,它涉及光学、机械、计算机、模式识别、图像处理、人工智能、信号处理以及光电一体化等多个领域,随着近年图像传感器、CMOS和CCD摄像机、DSP、ARM嵌入式技术、图像处理和模式识别等技术及工业自动化的高速发展,机器视觉检测也进入了飞速发展阶段。





机器视觉系统的构成


机器视觉是一种复杂的系统。由于大多数检测对象都是运动物体,因此在进行系统设置时必须充分考虑所有变量,并根据系统各部分的响应时间和处理速度,选择合适的容差,才能确保系统在动态生产环境中稳定可靠的运行。

一个完整的机器视觉系统包括:照明光源、光学镜头、摄像机、图像处理卡、输入及显示设备、通讯单元及视觉检测软件等部分。


  • 光源照明

光源的作用是在相机拍摄被检测物体时提供稳定的照明,其直接影响着相机成像质量和检测效果。光源按照射方法可分为:背向照明、前向照明、结构光照明和频闪光照明等类别。


  • 光学镜头

光学镜头的任务是进行光学成像,其成像质量对检测结果至关重要,因此高端的视觉检测设备大多采用防畸变镜头。


  • 摄像机

传输效率更高、抗干扰力更强、成像能力更稳定的工业相机是一台优秀的视觉检测设备必不可少的组成部分。

按输出信号方式,相机可分为模拟相机和数字相机两种;

按芯片类型,又可分为CCD相机和CMOS相机两种。


  • 图像采集卡

图像采集卡决定了摄像头的类别,一般情况下摄像头可分为:黑白、彩色、模拟、数字等类别。

比较典型的图像采集卡则有:PCI采集卡、1394采集卡、VGA采集卡和GigE千兆网采集卡等种类。


  • 输入及显示设备

输入及显示设备主要是用来监测实时检测数据和修改编辑各种系统设置的设备。有些厂商为了节约成本,在出厂的时候并没有配置,使用企业可以根据需要自己进行外接。


  • 通讯单元

通讯单元主要是为了方便使用企业将视觉检测设备连入自己的数据库,实时检测各种检测数据,还可以远程连接设备,进行设备调试等操作。由于技术原因,部分厂商的视觉检测设备还没有搭载通讯单元和远程控制功能。


  • 视觉检测软件

随着计算机技术、微电子技术以及大规模集成电路的发展,图像信息处理工作越来越多地借助DSP 芯片、图像信号芯片等硬件完成。视觉检测软件则是用来完成算法中还不成熟又较复杂或需不断完善改进的部分,从而对各种检测数据进行快速精准分析和判别。


视觉检测组成单元



机器视觉系统工作过程


1、当传感器探测到被检测物体接近摄像机的视野中心时,向图像采集单元发送触发脉冲;
2、图像采集单元根据设定的程序和延时,分别向摄像机和照明设备发送启动脉冲;
3、摄像机在接收到启动脉冲之后,打开曝光机构,根据预设的时间进行曝光,照明设备接收到启动脉冲后打开灯光照明(灯光的开启时间应与摄像机曝光时间匹配),曝光完成后,摄像机正式开始一帧图像的扫描和输出;
4、图像处理单元将接收到的模拟信号通过A/D转换数字化,或直接接收摄像机数字化后的数据信号,并储存在处理器或内存中;
5、处理器对数字信号进行处理、分析和识别,获得检测结果;
6、检测结果控制流水线进行不合格产品剔除等动作;
7、根据系统记录的各项数据,获取实时检测情况。


视觉检测系统工作过程示意图




机器视觉的优势


1、检测效率人工检测受制于人体生理构造在某些方面的天生不足,检测效率处于较低水平,且容易受各种因素影响,极难提升检测速度;机器视觉通过不断优化和改进,检测效率可达到人工检测的数十倍,而针对运动物体等检测对象,更是优势明显。
2、检测标准:人工检测容易受个人主观性差异、视觉疲劳、情绪变化、工作环境和身体状况等因素影响,检测标准会起伏波动,检测质量无法保证;机器视觉可检测人眼难以分辨的精度,且不受主观性控制,多台相同设备在相同的参数设置下,均能保持相同的检测标准。
3、检测时长:机器视觉可以24小时不间断检测,只需要定期维护保养即可;而人工检测最多每隔几小时就要休息或换人,且不同的检测人员检测速度不一致,生产进度无法保障。
4、检测环境:机器视觉可以在一些对人体有害的恶劣环境下进行检测,且无需接触别检测物品,不会对被检测物品造成任何损害;而人工检测对工作环境有较高要求,且有时需要接触性检测,容易损坏检测物品。
5、检测成本:机器视觉前期投入较多,但属于一次性投入,可长期产出,随着行业发展,机器价格会逐渐降低;人工检测则需要长期投入,用人成本和管理成本都呈不断上升的趋势。
6、检测内容:机器视觉可以一次性完成轮廓、尺寸、外观缺陷、产品高度等多方位检测;而人工检测在面对不同的检测内容时,只能通过多工位合作协调完成,由于不同人员检测标准不一,极容易出现误检的情况。
7、数据统计机器视觉会记录和导出各种检测数据,便于统计和分析;而人工检测只能手动记录和整理检测数据,不但耗时耗力,还极易出错。

总体来说,机器视觉对比人工检测具有检测效率高、检测结果客观、成本低、环境适应能力强,检测数据便于分析统计等特点。特别是在工业生产领域,机器视觉所强调的检测精度、速度和可靠性,对实现自动化生产来说有着不可或缺的重要意义。


机器视觉与人工检测对比




机器视觉发展前景


视觉检测作为全球自动化的“慧眼”,很大程度上影响着制造业的进步,在当前以高端制造为核心的工业4.0时代背景下,随着“中国制造2025”战略的深入,工业自动化产业市场呈现不断增长的势头,充当工厂“火眼金睛”角色的视觉检测市场前景将更加广阔。





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