機器視覺成熟時

　　工程師們發(fā)現(xiàn)，機器視覺已經(jīng)可以取代更加繁瑣的基于單點傳感器的系統(tǒng)。

　　在我35年前剛開始接觸機器視覺技術的時候，數(shù)碼照相機還是實驗室里的新鮮玩意，圖像采集卡才剛剛進入市場，圖像處理也還是一門暗房里的藝術。隨著視覺技術逐漸成熟，圖像傳感器進入了百萬像素時代，而圖像采集卡則變得越來越精巧并且融合到相機的電子元件當中。最終，相機將圖像處理計算機的功能也納入其中。起初只能在圖書館里執(zhí)行“臨界值”和“錯誤”分析的圖像處理軟件，連同一些其他不為人們所熟悉的操作，都集成到向導對話框當中，這樣，即便工程師對于機器視覺的概念理解十分粗淺，他們也可以隨心所欲的應用。

　　今天，視覺技術已經(jīng)成為了一項主流傳感技術。控制工程師把它看作收集系統(tǒng)狀態(tài)信息并自動傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)的不可或缺的工具——尤其是有運動存在的情況下。

　　許多視覺供應商都已經(jīng)摒棄了“照相機”或者“機器視覺系統(tǒng)”的稱呼，轉而自稱“視覺設備”以及“視覺傳感器”，因為這可以更好的描述出他們的產(chǎn)品是如何滿足工程師需求的。通過這樣的方式，人們的注意力也從系統(tǒng)選型轉向發(fā)掘視覺會對自己產(chǎn)生哪些幫助。視覺可以做的是，非?？焖俚氖占F(xiàn)實世界的海量數(shù)據(jù)，然后 將這些數(shù)據(jù)轉化成工程師需要知曉的精確信息。

　　由于人們最近更加關注視覺可以做什么，而不是簡單的概念，一些部件的價格實際上已經(jīng)削減了。產(chǎn)品資源豐富、能夠執(zhí)行多項任務、并且不再昂貴的部件，使視覺傳感器如今在價格以及控制過程中收集實時數(shù)據(jù)的性能方面，都不落下風。而與傳統(tǒng)的傳感器陣列相比，視覺系統(tǒng)的優(yōu)勢在于更加容易安裝、培訓和維護。

　　為了讓差別顯示的更加清楚，我們可以簡單的說：單點式傳感器在一個位置測量一個參數(shù)，比如熱電偶、電感型接近傳感器、位置編碼器和激光束；而視覺系統(tǒng)則使用面掃描和線掃描技術，從清晰的可視區(qū)域（FOV）的大量點中獲取數(shù)據(jù)。視覺系統(tǒng)也涵蓋了光譜的很大范圍，從紅外線到可見光再到紫外線。圖像獲取技術依托強有力的計算資源，可以精確的抽取控制系統(tǒng)所需信息，無論是將其用于測量電機上指定點的溫度、報告質量參數(shù)變量的統(tǒng)計分布、抑或是檢查印刷電路板上零件適合的位置。

　　哈雷工程師使用視覺系統(tǒng)

　　如果視覺系統(tǒng)使用得當，就可以取代大量的傳感器，這樣的觀點并不是今天才有的。7年前，我就曾經(jīng)撰寫過一篇關于哈雷-戴維森摩托裝配工廠全新機器檢測系統(tǒng)的文章。這套系統(tǒng)由一家位于美國中西部的系統(tǒng)集成商構建，為此我曾專門對其進行了采訪?！　?/p>

　
　　使用激光點掃描器確認箱子里的鋁罐包裝狀況，需要N+1個傳感器，這里N是指每個箱子里鋁罐的數(shù)量。而智能相機只需要使用一個就可以完成這項工作。

　　起初，系統(tǒng)的安裝動機是為了確認雙凸輪88型發(fā)動機定時鏈安裝是否正確。不必說，哈雷正在安裝視覺系統(tǒng)的消息很快就在工程師中傳播開來，而且每個人都有一套如何使用該系統(tǒng)的獨特想法。安裝完成之后，系統(tǒng)設計可以執(zhí)行30項測試，比如確認鏈輪齒是否已經(jīng)被緊緊固定。

　　確認一個緊固件被卡緊看起來并不是視覺系統(tǒng)所長，然而實際情況卻遠非如此。視覺系統(tǒng)至少可以以三種方式確認螺母在制造環(huán)境中是否被擰緊：

　　■ 確認合適的安裝位置—當一個自動化系統(tǒng)安裝螺母的時候，它需要把螺母頂?shù)侥硞€東西上面，比如墊圈或者可以嵌入螺母的零件，機器視覺系統(tǒng)可以輕易的確定螺母是否已經(jīng)頂住了。如果沒有的話，兩個零件之間的間隙至少會顯現(xiàn)出一個陰影，而不是緊固情況下的一條線。

　　■ 計算螺紋—今天精確可重復的自動化制造系統(tǒng)可以使每個零件完全一致，無論是螺紋的數(shù)量還是螺紋緊固度。通過計算螺母中的螺紋數(shù)量，視覺系統(tǒng)實際上觀測出螺栓的扭轉量。

　　■ 觀測變形量—如果螺栓連接一個有裂縫的環(huán)或者星形鎖緊墊圈、波紋型墊圈以及任何可能會變形的元件，視覺系統(tǒng)可以觀測到這些元件是否已經(jīng)因為擠壓而產(chǎn)生變形以及有多大的變形量。

　　從撰寫這篇文章開始，我已經(jīng)看到許許多多的工程師跳出了傳統(tǒng)的條條框框，使用視覺系統(tǒng)解決復雜的傳感問題。而這個所謂的“條條框框”，對于視覺來說，指的就是自動化檢測。　　

　
　　確認螺紋緊固件的三種方法：觀測合適的安裝位置、從裝配中計算螺紋突起、以及觀測墊圈變形。

　　跳出條條框框

　　誰都知道可以使用機器視覺檢測裝配線、校準刻度以及讀取標識，而這些傳統(tǒng)之外的應用才是最讓人感興趣的，也是對于控制工程師最具有潛在價值的。

　　比如說，去年我曾經(jīng)見過這樣一個案例，一家電力工廠希望監(jiān)控高壓變壓器上填油式絕緣物質的液位。為了高效傳輸大量電力，電廠將電壓提升到百萬伏的級別，傳輸中的電力損耗與傳輸電流的大小相關，而傳輸一定電量所需的電流又與電壓成反比。舉個例子來說，在超過安全電流之前，120萬伏電壓線路每安培傳輸?shù)碾娏渴?20伏線路的10000倍。電廠使用變壓器提升電壓使其達到工作級別。

　　然而，高壓變壓器往往會出現(xiàn)內部漏電，為了避免這個問題，變壓器生產(chǎn)商就會在其內部空間充滿高純度的機油作為絕緣體。除了將所有的空間填滿之外，油液還可以防止由漏電引起的損壞，所以它比環(huán)氧化物或者玻璃之類的固體絕緣體工作周期更長。

　　電廠意識到，輸電的銅質變壓器葉片會加熱機油，使其揮發(fā)，如果機油液位降低，變壓器箱體可能就會沒有被全部填充。在受熱的瞬間，一端機油液位上升，而另外一端暫時還沒有變化。電廠就利用紅外線照相機檢測瞬時溫度變化時的液位高度差，來遠程測量液位水平，而不需要穿過安全柵使變壓器內部暴露在外。無需停機，一張圖片就可以測量許多臺變壓器的液位。盡管現(xiàn)在這個獨特應用還沒有完全實現(xiàn)自動化，但是顯而易見，這很容易實現(xiàn)，并可以用來控制任何冷熱液體的液位。

　　由于機器視覺可以測量任何可以轉化成紅外線/可見光/紫外線色差的變量，并且可以同時觀測數(shù)百萬個位置，它的應用可以達到任何工程師能夠想象到的地方。

　　今天的機器視覺系統(tǒng)得益于先進計算機技術，包括尺寸微小、功能強大的處理器、高級軟件算法、友善的操作界面，以及可以獲取數(shù)據(jù)、將其轉化為需要的信息、并且傳遞給控制系統(tǒng)的高速網(wǎng)絡。將所有這些打包成“智能視覺”產(chǎn)品，可以為控制工程師提供具有價格競爭力的靈活的傳感技術。