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案例頻道 在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢查、測(cè)量和零件識(shí)別應(yīng)用，例如汽車零配件尺寸檢查和自動(dòng)裝配的完整性檢查，電子裝配線的元件自動(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(shí)別等。這類應(yīng)用的共同特點(diǎn)是連續(xù)大批量生產(chǎn)、對(duì)外觀質(zhì)量的要求非常高。
檢測(cè)的方式多種多樣，本文提倡的是利用視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，與普通光電傳感器相比，視覺(jué)傳感器賦予機(jī)器設(shè)計(jì)者更大的靈活性。以往需要多個(gè)光電傳感器的應(yīng)用，現(xiàn)在可以用一個(gè)視覺(jué)傳感器來(lái)檢驗(yàn)多項(xiàng)特征。視覺(jué)傳感器能夠檢驗(yàn)大得多的面積，并實(shí)現(xiàn)了更佳的目標(biāo)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(yīng)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(cè)環(huán)節(jié)深入介紹視覺(jué)傳感系統(tǒng)的功能，并以美國(guó)邦納公司的視覺(jué)系統(tǒng)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(zhǎng)最快的領(lǐng)域。
◆ 視覺(jué)檢測(cè)案例：檢測(cè)奶粉罐內(nèi)鋁膜縫隙及小勺缺損
圖1 檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
包裝行業(yè)中產(chǎn)品都需經(jīng)過(guò)一道盒裝檢測(cè)，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(duì)奶粉罐中小勺檢測(cè)方案，該客戶需要將整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)分為兩個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)系統(tǒng)：（1）鋁膜視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)——用于檢測(cè)鋁膜有無(wú)及鋁膜是否密封，將檢測(cè)結(jié)果直接傳送給剔除機(jī)構(gòu)；（2）小勺視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)——用于檢測(cè)奶粉罐內(nèi)小勺有無(wú)，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤直接停止流水線轉(zhuǎn)動(dòng)。
項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，客戶的要求是極其嚴(yán)格的，項(xiàng)目需要達(dá)到下列的要求：
檢測(cè)系統(tǒng)需能檢測(cè)出奶粉罐最小鋁膜僅達(dá)到 2mm×50mm的裂縫；
當(dāng)檢測(cè)到不合格產(chǎn)品能通過(guò)指示燈報(bào)警，并且停止產(chǎn)線運(yùn)行；
視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)能夠通過(guò)按鈕控制啟動(dòng)產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)；
視覺(jué)系統(tǒng)能夠切換檢測(cè)程序，并能夠顯示在線檢測(cè)畫面及存儲(chǔ)相應(yīng)的檢測(cè)信息。
針對(duì)以上客戶的要求，采用美國(guó)邦納的P40MINI視覺(jué)相機(jī)系統(tǒng)分兩部分進(jìn)行檢測(cè)。
1 鋁膜檢測(cè)部分
檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)兩臺(tái)30萬(wàn)像素視覺(jué)相機(jī)分兩路同時(shí)檢測(cè)，用于檢測(cè)鋁膜有無(wú)及鋁膜是否密封，兩臺(tái)相機(jī)與人機(jī)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(jī)、觸發(fā)裝置、光源、PLC/HMI一體機(jī)、工業(yè)智能指示燈、剔除裝置等。當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤的時(shí)候，每臺(tái)相機(jī)分別輸出次品信號(hào)給相應(yīng)的剔除裝置，從而錯(cuò)誤產(chǎn)品剔除。視覺(jué)檢測(cè)效果如圖2所示。
圖2 視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)鋁膜
視覺(jué)系統(tǒng)配置（兩套相同配置）：視覺(jué)相機(jī)采用Banner P4一體化智能相機(jī)，鏡頭采用4mm高能鏡，光源采用四面可調(diào)高能紅光，觸發(fā)傳感器采用Banner QS18 反射板式，信息系統(tǒng)采用Banner TL5工業(yè)智能指示燈，后臺(tái)采用Banner SHP一體式控制器（PLC+HMI）系統(tǒng)，電源采用220VAC 電源輸入—給光源供電、24VDC 電源給視覺(jué)系統(tǒng)及人機(jī)界面系統(tǒng)，另外可輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)提供給剔除機(jī)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)按鈕可控制啟動(dòng)和停止流水線的功能。
2 小勺檢測(cè)部分
通過(guò)一臺(tái)30萬(wàn)像素視覺(jué)相機(jī)檢測(cè)，通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)直接連接到人機(jī)界面，并通過(guò)人機(jī)界面顯示相關(guān)檢測(cè)信息，如檢測(cè)畫面、次品數(shù)量、合格品數(shù)量等。當(dāng)相機(jī)發(fā)現(xiàn)次品，輸出信號(hào)給急停裝置，將流水線停止。視覺(jué)檢測(cè)效果如圖3所示。
圖3 視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)小勺
硬件配置：視覺(jué)相機(jī)采用Banner P4一體化智能相機(jī)，鏡頭采用4mm高能鏡頭，光源采用四面可調(diào)高能藍(lán)光，觸發(fā)傳感器采用Banner QS18 反射板式，信息系統(tǒng)采用Banner TL50工業(yè)智能指示燈，后臺(tái)采用Banner SHP一體式控制器（PLC+HMI）系統(tǒng)，電源采用220VAC 電源輸入。
3 顯示信號(hào)裝置
通過(guò)視覺(jué)相機(jī)檢測(cè)出非合格產(chǎn)品之后，視覺(jué)相機(jī)發(fā)送出信號(hào)，該客戶采用了邦納的TL50指示燈作為顯示信號(hào)結(jié)果裝置，TL50塔燈融合了高亮度、長(zhǎng)壽命、通用型等多種與眾不同的特點(diǎn)，外型漂亮且堅(jiān)固。
奶粉罐通過(guò)了視覺(jué)檢測(cè)之后，視覺(jué)系統(tǒng)的信號(hào)通過(guò)Banner TL50塔燈實(shí)現(xiàn)了快速響應(yīng)；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(tǒng)塔燈的功率為15W），壽命高達(dá)10萬(wàn)小時(shí)的特點(diǎn)在奶粉罐檢測(cè)中發(fā)揮顯著功能。
圖4 實(shí)拍現(xiàn)場(chǎng)圖Banner TL50（一）
圖5 實(shí)拍現(xiàn)場(chǎng)圖Banner TL50（二）
圖6 實(shí)拍現(xiàn)場(chǎng)圖 （三）
4 PLC/HMI及次品剔除后臺(tái)裝置
圖7 HP一體式控制器HMI觸摸屏
圖8 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍圖
圖9 剔除次品裝置
圖10 anner QS18定位裝置
檢測(cè)出非合格產(chǎn)品之后，后臺(tái)PLC系統(tǒng)接收到信號(hào)，從而進(jìn)行次品的剔除動(dòng)作，該奶粉廠采用了Banner SHP一體式控制器裝置，Banner SHP控制器是與傳統(tǒng)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(jī)界面，成本大大低于同性能PLC與人機(jī)界面組合。
當(dāng)接到視覺(jué)系統(tǒng)發(fā)出的非合格產(chǎn)品的信號(hào)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(tǒng)軟件可同時(shí)顯示2幅檢測(cè)畫面。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(cè)案例簡(jiǎn)述了在可用的檢驗(yàn)備選方案中，即視覺(jué)系統(tǒng)、光電傳感器、PLC/HMI系統(tǒng)，工業(yè)智能燈系統(tǒng)等多種自動(dòng)化產(chǎn)品在檢測(cè)方式的綜合運(yùn)用。
無(wú)論工廠自動(dòng)化有何進(jìn)步，許多檢驗(yàn)仍用肉眼來(lái)完成。
但是，在大多數(shù)應(yīng)用中，視覺(jué)傳感器的許多優(yōu)勢(shì)非手動(dòng)檢驗(yàn)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(zhí)行重復(fù)、多次、一致的檢驗(yàn)。視覺(jué)傳感器的低成本和易用性已吸引機(jī)器設(shè)計(jì)師和工藝工程師將其集成到各類曾經(jīng)依賴人工、多個(gè)光電傳感器，或根本不檢驗(yàn)的應(yīng)用。視覺(jué)傳感器的工業(yè)應(yīng)用包括檢驗(yàn)、計(jì)量、測(cè)量、定向、瑕疵檢測(cè)和分撿。
5 結(jié)語(yǔ)
盡管對(duì)復(fù)雜視覺(jué)系統(tǒng)的包裝檢測(cè)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(yīng)用提供了性價(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(yàn)和校驗(yàn)應(yīng)用中采用視覺(jué)解決方案。
作為世界范圍內(nèi)傳感器知名品牌，邦納公司了解客戶的需求， 從單一的視覺(jué)檢測(cè)到視覺(jué)系統(tǒng)集成，邦納公司均可提供完整的視覺(jué)檢測(cè)方案。“讓視覺(jué)簡(jiǎn)單化”是邦納公司一直倡導(dǎo)并不斷追求的設(shè)計(jì)理念，因?yàn)槠渖钪獰o(wú)論什么產(chǎn)品最終都要服務(wù)于用戶，所以如何讓用戶使用產(chǎn)品時(shí)感覺(jué)簡(jiǎn)單方便，容易上手這是在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)要考慮的一個(gè)重要因素。視覺(jué)檢測(cè)方案主要包括兩個(gè)方面：硬件—相機(jī)，控制器，光源及支架；軟件—控制系統(tǒng)，圖形用戶界面（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(cè)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
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)