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机器视觉成熟时

发布时间:2020-06-30 19:20:41 阅读: 来源:线毯厂家

工程师们发现,机器视觉已经可以取代更加繁琐的基于单点传感器的系统。

本文引用地址:在我35年前刚开始接触机器视觉技术的时候,数码照相机还是实验室里的新鲜玩意,图像采集卡才刚刚进入市场,图像处理也还是一门暗房里的艺术。随着视觉技术逐渐成熟,图像传感器进入了百万像素时代,而图像采集卡则变得越来越精巧并且融合到相机的电子元件当中。最终,相机将图像处理计算机的功能也纳入其中。起初只能在图书馆里执行“临界值”和“错误”分析的图像处理软件,连同一些其他不为人们所熟悉的操作,都集成到向导对话框当中,这样,即便工程师对于机器视觉的概念理解十分粗浅,他们也可以随心所欲的应用。

今天,视觉技术已经成为了一项主流传感技术。控制工程师把它看作收集系统状态信息并自动传输到控制系统的不可或缺的工具——尤其是有运动存在的情况下。

许多视觉供应商都已经摒弃了“照相机”或者“机器视觉系统”的称呼,转而自称“视觉设备”以及“视觉传感器”,因为这可以更好的描述出他们的产品是如何满足工程师需求的。通过这样的方式,人们的注意力也从系统选型转向发掘视觉会对自己产生哪些帮助。视觉可以做的是,非常快速的收集现实世界的海量数据,然后 将这些数据转化成工程师需要知晓的精确信息。

由于人们最近更加关注视觉可以做什么,而不是简单的概念,一些部件的价格实际上已经削减了。产品资源丰富、能够执行多项任务、并且不再昂贵的部件,使视觉传感器如今在价格以及控制过程中收集实时数据的性能方面,都不落下风。而与传统的传感器阵列相比,视觉系统的优势在于更加容易安装、培训和维护。

为了让差别显示的更加清楚,我们可以简单的说:单点式传感器在一个位置测量一个参数,比如热电偶、电感型接近传感器、位置编码器和激光束;而视觉系统则使用面扫描和线扫描技术,从清晰的可视区域(FOV)的大量点中获取数据。视觉系统也涵盖了光谱的很大范围,从红外线到可见光再到紫外线。图像获取技术依托强有力的计算资源,可以精确的抽取控制系统所需信息,无论是将其用于测量电机上指定点的温度、报告质量参数变量的统计分布、抑或是检查印刷电路板上零件适合的位置。

哈雷工程师使用视觉系统

如果视觉系统使用得当,就可以取代大量的传感器,这样的观点并不是今天才有的。7年前,我就曾经撰写过一篇关于哈雷-戴维森摩托装配工厂全新机器检测系统的文章。这套系统由一家位于美国中西部的系统集成商构建,为此我曾专门对其进行了采访。

使用激光点扫描器确认箱子里的铝罐包装状况,需要N+1个传感器,这里N是指每个箱子里铝罐的数量。而智能相机只需要使用一个就可以完成这项工作。

起初,系统的安装动机是为了确认双凸轮88型发动机定时链安装是否正确。不必说,哈雷正在安装视觉系统的消息很快就在工程师中传播开来,而且每个人都有一套如何使用该系统的独特想法。安装完成之后,系统设计可以执行30项测试,比如确认链轮齿是否已经被紧紧固定。

确认一个紧固件被卡紧看起来并不是视觉系统所长,然而实际情况却远非如此。视觉系统至少可以以三种方式确认螺母在制造环境中是否被拧紧:

■ 确认合适的安装位置—当一个自动化系统安装螺母的时候,它需要把螺母顶到某个东西上面,比如垫圈或者可以嵌入螺母的零件,机器视觉系统可以轻易的确定螺母是否已经顶住了。如果没有的话,两个零件之间的间隙至少会显现出一个阴影,而不是紧固情况下的一条线。

■ 计算螺纹—今天精确可重复的自动化制造系统可以使每个零件完全一致,无论是螺纹的数量还是螺纹紧固度。通过计算螺母中的螺纹数量,视觉系统实际上观测出螺栓的扭转量。

■ 观测变形量—如果螺栓连接一个有裂缝的环或者星形锁紧垫圈、波纹型垫圈以及任何可能会变形的元件,视觉系统可以观测到这些元件是否已经因为挤压而产生变形以及有多大的变形量。

从撰写这篇文章开始,我已经看到许许多多的工程师跳出了传统的条条框框,使用视觉系统解决复杂的传感问题。而这个所谓的“条条框框”,对于视觉来说,指的就是自动化检测。

确认螺纹紧固件的三种方法:观测合适的安装位置、从装配中计算螺纹突起、以及观测垫圈变形。

跳出条条框框

谁都知道可以使用机器视觉检测装配线、校准刻度以及读取标识,而这些传统之外的应用才是最让人感兴趣的,也是对于控制工程师最具有潜在价值的。

比如说,去年我曾经见过这样一个案例,一家电力工厂希望监控高压变压器上填油式绝缘物质的液位。为了高效传输大量电力,电厂将电压提升到百万伏的级别,传输中的电力损耗与传输电流的大小相关,而传输一定电量所需的电流又与电压成反比。举个例子来说,在超过安全电流之前,120万伏电压线路每安培传输的电量是120伏线路的10000倍。电厂使用变压器提升电压使其达到工作级别。

然而,高压变压器往往会出现内部漏电,为了避免这个问题,变压器生产商就会在其内部空间充满高纯度的机油作为绝缘体。除了将所有的空间填满之外,油液还可以防止由漏电引起的损坏,所以它比环氧化物或者玻璃之类的固体绝缘体工作周期更长。

电厂意识到,输电的铜质变压器叶片会加热机油,使其挥发,如果机油液位降低,变压器箱体可能就会没有被全部填充。在受热的瞬间,一端机油液位上升,而另外一端暂时还没有变化。电厂就利用红外线照相机检测瞬时温度变化时的液位高度差,来远程测量液位水平,而不需要穿过安全栅使变压器内部暴露在外。无需停机,一张图片就可以测量许多台变压器的液位。尽管现在这个独特应用还没有完全实现自动化,但是显而易见,这很容易实现,并可以用来控制任何冷热液体的液位。

由于机器视觉可以测量任何可以转化成红外线/可见光/紫外线色差的变量,并且可以同时观测数百万个位置,它的应用可以达到任何工程师能够想象到的地方。

今天的机器视觉系统得益于先进计算机技术,包括尺寸微小、功能强大的处理器、高级软件算法、友善的操作界面,以及可以获取数据、将其转化为需要的信息、并且传递给控制系统的高速网络。将所有这些打包成“智能视觉”产品,可以为控制工程师提供具有价格竞争力的灵活的传感技术。

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