在現代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識別應用，例如汽車(chē)零配件尺寸檢查和自動(dòng)裝配的完整性檢查，電子裝配線(xiàn)的元件自動(dòng)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(lèi)應用的共同特點(diǎn)是連續大批量生產(chǎn)、對外觀(guān)質(zhì)量的要求非常高。

    檢測的方式多種多樣，本文提倡的是利用視覺(jué)系統進(jìn)行檢測，與普通光電傳感器相比，視覺(jué)傳感器賦予機器設計者更大的靈活性。以往需要多個(gè)光電傳感器的應用，現在可以用一個(gè)視覺(jué)傳感器來(lái)檢驗多項特征。視覺(jué)傳感器能夠檢驗大得多的面積，并實(shí)現了更佳的目標位置和方向靈活性。這使視覺(jué)傳感器在某些原先只有依靠光電傳感器才能解決的應用中受到廣泛歡迎。

    本文將以包裝行業(yè)較為常見(jiàn)的檢測環(huán)節深入介紹視覺(jué)傳感系統的功能，并以美國邦納公司的視覺(jué)系統為例證明為什么視覺(jué)傳感成為工業(yè)傳感器市場(chǎng)中增長(cháng)最快的領(lǐng)域。

    ◆ 視覺(jué)檢測案例：檢測奶粉罐內鋁膜縫隙及小勺缺損
                   
                                   圖1  檢測系統結構圖

    包裝行業(yè)中產(chǎn)品都需經(jīng)過(guò)一道盒裝檢測，最終都需要進(jìn)行盒裝，圖1是一家奶粉生產(chǎn)企業(yè)針對奶粉罐中小勺檢測方案，該客戶(hù)需要將整個(gè)檢測系統分為兩個(gè)獨立的檢測系統：（1）鋁膜視覺(jué)檢測系統——用于檢測鋁膜有無(wú)及鋁膜是否密封，將檢測結果直接傳送給剔除機構；（2）小勺視覺(jué)檢測系統——用于檢測奶粉罐內小勺有無(wú)，如果發(fā)現錯誤直接停止流水線(xiàn)轉動(dòng)。

    項目實(shí)施過(guò)程中，客戶(hù)的要求是極其嚴格的，項目需要達到下列的要求：

    檢測系統需能檢測出奶粉罐最小鋁膜僅達到 2mm×50mm的裂縫；

    當檢測到不合格產(chǎn)品能通過(guò)指示燈報警，并且停止產(chǎn)線(xiàn)運行；

    視覺(jué)檢測系統能夠通過(guò)按鈕控制啟動(dòng)產(chǎn)線(xiàn)運轉；

    視覺(jué)系統能夠切換檢測程序，并能夠顯示在線(xiàn)檢測畫(huà)面及存儲相應的檢測信息。

    針對以上客戶(hù)的要求，采用美國邦納的P40MINI視覺(jué)相機系統分兩部分進(jìn)行檢測。

    1 鋁膜檢測部分

    檢測系統通過(guò)兩臺30萬(wàn)像素視覺(jué)相機分兩路同時(shí)檢測，用于檢測鋁膜有無(wú)及鋁膜是否密封，兩臺相機與人機界面組成局域網(wǎng)絡(luò )，硬件組成部分包括光電傳感器、視覺(jué)相機、觸發(fā)裝置、光源、PLC/HMI一體機、工業(yè)智能指示燈、剔除裝置等。當檢測到錯誤的時(shí)候，每臺相機分別輸出次品信號給相應的剔除裝置，從而錯誤產(chǎn)品剔除。視覺(jué)檢測效果如圖2所示。
                    
                                       圖2  視覺(jué)系統檢測鋁膜

    視覺(jué)系統配置（兩套相同配置）：視覺(jué)相機采用Banner P4一體化智能相機，鏡頭采用4mm高能鏡，光源采用四面可調高能紅光，觸發(fā)傳感器采用Banner QS18 反射板式，信息系統采用Banner TL5工業(yè)智能指示燈，后臺采用Banner SHP一體式控制器（PLC+HMI）系統，電源采用220VAC 電源輸入—給光源供電、24VDC 電源給視覺(jué)系統及人機界面系統，另外可輸出開(kāi)關(guān)量信號提供給剔除機構，同時(shí)通過(guò)按鈕可控制啟動(dòng)和停止流水線(xiàn)的功能。

    2 小勺檢測部分

    通過(guò)一臺30萬(wàn)像素視覺(jué)相機檢測，通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò )直接連接到人機界面，并通過(guò)人機界面顯示相關(guān)檢測信息，如檢測畫(huà)面、次品數量、合格品數量等。當相機發(fā)現次品，輸出信號給急停裝置，將流水線(xiàn)停止。視覺(jué)檢測效果如圖3所示。

                     
                                     圖3  視覺(jué)系統檢測小勺

    硬件配置：視覺(jué)相機采用Banner P4一體化智能相機，鏡頭采用4mm高能鏡頭，光源采用四面可調高能藍光，觸發(fā)傳感器采用Banner QS18 反射板式，信息系統采用Banner TL50工業(yè)智能指示燈，后臺采用Banner SHP一體式控制器（PLC+HMI）系統，電源采用220VAC 電源輸入。

    3 顯示信號裝置

    通過(guò)視覺(jué)相機檢測出非合格產(chǎn)品之后，視覺(jué)相機發(fā)送出信號，該客戶(hù)采用了邦納的TL50指示燈作為顯示信號結果裝置，TL50塔燈融合了高亮度、長(cháng)壽命、通用型等多種與眾不同的特點(diǎn)，外型漂亮且堅固。

    奶粉罐通過(guò)了視覺(jué)檢測之后，視覺(jué)系統的信號通過(guò)Banner TL50塔燈實(shí)現了快速響應；通過(guò)塔燈中不同顏色的閃爍頻率和多種顏色的閃爍組合，傳遞不同的信息，如果是非合格奶粉罐，則TL50“次品”燈亮起，如果合格奶粉罐，TL50“合格”燈亮起。

    TL50塔燈的發(fā)光柔和、清晰不刺眼，而所需的功率僅為2W（傳統塔燈的功率為15W），壽命高達10萬(wàn)小時(shí)的特點(diǎn)在奶粉罐檢測中發(fā)揮顯著(zhù)功能。

                      
                                  圖4  實(shí)拍現場(chǎng)圖Banner TL50（一）

                          
                                 圖5  實(shí)拍現場(chǎng)圖Banner TL50（二）

                   
                                 圖6  實(shí)拍現場(chǎng)圖 （三）

    4 PLC/HMI及次品剔除后臺裝置

               
                                              圖7  HP一體式控制器HMI觸摸屏

                 
                               圖8  現場(chǎng)實(shí)拍圖             

                 
                               圖9  剔除次品裝置

                  
                             圖10  anner QS18定位裝置

    檢測出非合格產(chǎn)品之后，后臺PLC系統接收到信號，從而進(jìn)行次品的剔除動(dòng)作，該奶粉廠(chǎng)采用了Banner SHP一體式控制器裝置，Banner SHP控制器是與傳統的控制產(chǎn)品不同，新型的邦納SHP控制器可以同時(shí)完成PLC和觸摸屏的功能，集成I/O和網(wǎng)絡(luò )接口人機界面，成本大大低于同性能PLC與人機界面組合。

    當接到視覺(jué)系統發(fā)出的非合格產(chǎn)品的信號之后，SHP控制器作出邏輯判斷之后，啟動(dòng)剔除裝置把次品從流水線(xiàn)剔除出來(lái)，并且在HMI觸摸屏顯示出信息。如圖7、8、9，該系統軟件可同時(shí)顯示2幅檢測畫(huà)面。圖10是Banner QS18定位裝置。

    以上通過(guò)一個(gè)實(shí)際的牛奶粉盒檢測案例簡(jiǎn)述了在可用的檢驗備選方案中，即視覺(jué)系統、光電傳感器、PLC/HMI系統，工業(yè)智能燈系統等多種自動(dòng)化產(chǎn)品在檢測方式的綜合運用。

    無(wú)論工廠(chǎng)自動(dòng)化有何進(jìn)步，許多檢驗仍用肉眼來(lái)完成。

    但是，在大多數應用中，視覺(jué)傳感器的許多優(yōu)勢非手動(dòng)檢驗流程所能及。視覺(jué)傳感器能夠以高得多的速度工作；以低得多的成本執行重復、多次、一致的檢驗。視覺(jué)傳感器的低成本和易用性已吸引機器設計師和工藝工程師將其集成到各類(lèi)曾經(jīng)依賴(lài)人工、多個(gè)光電傳感器，或根本不檢驗的應用。視覺(jué)傳感器的工業(yè)應用包括檢驗、計量、測量、定向、瑕疵檢測和分撿。

    5 結語(yǔ)

    盡管對復雜視覺(jué)系統的包裝檢測需求仍然存在，但是更廉價(jià)、更容易使用的視覺(jué)傳感器的推出，為一些工業(yè)應用提供了性?xún)r(jià)比更佳的解決方案。此外，由于視覺(jué)傳感器更小、更易使用，制造商會(huì )更頻繁地在檢驗和校驗應用中采用視覺(jué)解決方案。

    作為世界范圍內傳感器知名品牌，邦納公司了解客戶(hù)的需求， 從單一的視覺(jué)檢測到視覺(jué)系統集成，邦納公司均可提供完整的視覺(jué)檢測方案。“讓視覺(jué)簡(jiǎn)單化”是邦納公司一直倡導并不斷追求的設計理念，因為其深知無(wú)論什么產(chǎn)品最終都要服務(wù)于用戶(hù)，所以如何讓用戶(hù)使用產(chǎn)品時(shí)感覺(jué)簡(jiǎn)單方便，容易上手這是在設計產(chǎn)品時(shí)要考慮的一個(gè)重要因素。視覺(jué)檢測方案主要包括兩個(gè)方面：硬件—相機，控制器，光源及支架；軟件—控制系統，圖形用戶(hù)界面（GUI）和圖像分析算法。邦納為全世界食品及藥品制造企業(yè)提供所有這些視覺(jué)檢測成功的解決方案和技術(shù)支持。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十一期