1.攝像頭和光學(xué)部件
這類通常含有個或多個攝像頭和鏡頭(光學(xué)部件),用于拍攝被檢測的物體。根據(jù)應(yīng)用,攝像頭可以基于如下標(biāo)準(zhǔn),黑白、復(fù)合彩色(Y/C),RGB彩色,非標(biāo)準(zhǔn)黑白(可變掃描),步進(jìn)掃描(progressive-scan)或線掃描。
2. 燈光
燈光用于照亮部件,以便從攝像頭中拍攝到更好的圖像,燈光系統(tǒng)可以在不同形狀、尺寸和亮度。般的燈光形式是高頻熒光燈、LED、白熾燈和石英鹵(quartz-halogen)光纖。
3. 部件傳感器
通常以光柵或傳感器的形式出現(xiàn)。當(dāng)這個傳感器感知到部件靠近,它會給出個觸發(fā)信號。當(dāng)部件處于正確位置時,這個傳感器告訴機(jī)器視覺系統(tǒng)去采集圖像。
4. 圖像采集卡
也稱為視頻抓取卡,這個部件通常是張插在 PC上的卡。
這張采集卡的作用將攝像頭與 PC連接起來。它從攝像頭中獲得數(shù)據(jù)(模擬信號或數(shù)字信號),然后轉(zhuǎn)換成PC 能處理的信息。
它同時可以提供控制攝像頭參數(shù)(例如觸發(fā)、曝光時間、快門速度等等)的信號。圖像采集卡形式很多,支持不同類型的攝像頭,不同的計算機(jī)總線。
5. PC平臺
計算機(jī)是機(jī)器視覺的關(guān)鍵組成部分。
應(yīng)用在檢測方面,通常使用 Pentium或更高的 CPU。般來講,計算機(jī)的速度越快,視覺系統(tǒng)處理每張圖片的時間就越短。
由于在制造現(xiàn)場中,經(jīng)常有振動、灰塵、熱輻射等等,所以般需要工業(yè)的計算機(jī)。
6. 檢測軟件
機(jī)器視覺軟件用于創(chuàng)建和執(zhí)行程序、處理采集回來的圖像數(shù)據(jù)、以及作出“通過/失?。≒ASS/FAIL)”決定。
機(jī)器視覺有多種形式(C 語言庫、ActiveX 控件、點(diǎn)擊編程環(huán)境等等),可以是單功能(例如設(shè)計只用來檢測 LCD或 BGA、對齊任務(wù)等等),也可以是多功能(例如設(shè)計個套件,包含計量、條形碼閱讀、機(jī)器人導(dǎo)航、現(xiàn)場驗(yàn)證等等)。
7. 數(shù)字 I/O和網(wǎng)絡(luò)連接
旦系統(tǒng)完成這個檢測部分,這部分必須能與外界通信,例如需要控制生產(chǎn)流程、將“通過/失?。≒ASS/FAIL)”的信息送給數(shù)據(jù)庫。通常,使用張數(shù)字 I/O板卡和(或)張網(wǎng)卡來實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺系統(tǒng)與外界系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的通信。
配置個基于 PC的機(jī)器視覺系統(tǒng)認(rèn)真的計劃和注意細(xì)節(jié)能幫助你確保你的檢測系統(tǒng)符合你的應(yīng)用需求。如下是你必需考慮的幾點(diǎn):
確定你的目標(biāo),這可能是重要的步?jīng)Q定在這個檢測任務(wù)中你需要實(shí)現(xiàn)什么,檢測任務(wù)通常分為如下幾類:
·測量或計量;
·讀取字符或編碼(條形碼)信息;
·檢測物體的狀態(tài);
·認(rèn)知和識別特殊的特性 模式識別;
·將物體與模板進(jìn)行對比或匹配。
為機(jī)器或機(jī)器人導(dǎo)航檢測流程可以包含只有個操作或包含多個與檢測任務(wù)相關(guān)的任務(wù)。
為了確認(rèn)你的任務(wù),你應(yīng)該明確為了大限度檢測部件你需要做的測試,也就是你能考慮到會出現(xiàn)的缺陷。
為了明確什么哪個才是重要的,好做張評估表,列出“必須做”和“可以做”的測試。旦主要的對測試標(biāo)準(zhǔn)滿意,隨后可以將更多的測試加進(jìn)去來改善檢測過程,定要記住,添加測試的同時也會增加檢測的時間。
確定你需要的速度–系統(tǒng)檢測每個部件需要多少時間?
這個不只是由 PC的速度決定,還受生產(chǎn)流水線速度的影響。
很多機(jī)器視覺包含了時鐘/計時器,所以檢測操作的每步所需要的時間都可以準(zhǔn)確測量,從這些數(shù)據(jù),我們就可以修改我們的程序以滿足時間上的要求。通常,個基于 PC 的機(jī)器視覺系統(tǒng)每秒可以檢測 20-25 個部件,與檢測部件的多少和處理程序以及計算機(jī)的速度有密切關(guān)系。
聰明地選擇你的硬件
套機(jī)器視覺系統(tǒng)的性能與它的部件密切相關(guān)。在選擇的過程中,有很多捷徑特別在光學(xué)成像上可能很大程度降低系統(tǒng)的效率。如下是在選擇部件時你必須緊記的幾個基本原則。
1.攝像頭 攝像頭的選擇與應(yīng)用的需求直接相關(guān),通常考慮三點(diǎn):
a)黑白還是彩色;
b)部件/目標(biāo)的運(yùn)動;
c)圖像分辨率。
在檢測應(yīng)用中大部分使用黑白攝像頭,因?yàn)楹诎讏D像能提供 90%可視數(shù)據(jù),并且比彩色便宜。彩色攝像頭主要用于些需要分析彩色圖像的場合里。根據(jù)部件在檢測時是否移動,決定我們選擇標(biāo)準(zhǔn)隔行掃描攝像頭還是逐行掃描攝像頭。另外,圖像的分辨率必須足夠高,以提供檢測任務(wù)需要的足夠的數(shù)據(jù)。后,攝像頭必須質(zhì)量好和可以避免工業(yè)現(xiàn)場中的振動、灰塵和熱的影響。
2.光學(xué)部件和照明這個至關(guān)重要的因素往往被人所忽略。當(dāng)你使用個很差的光學(xué)部件或照明,就算你使用好的機(jī)器視覺系統(tǒng),它表現(xiàn)出的性能甚至比不上個配上良好光學(xué)部件和適當(dāng)照明的低能力系統(tǒng)。光學(xué)部件的目標(biāo)是產(chǎn)生好和大可用面積的圖像,并且提供好的圖像分辨率。照明的目標(biāo)是照亮需要測量或檢測的部分的關(guān)鍵特征。通常,照明系統(tǒng)的設(shè)計由如下因素決定:顏色、紋理、尺寸、外形、反射率等等。
3.圖像采集卡雖然圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的個部件,但是它扮演個非常重要的角色。
圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口:黑白、彩色、模擬、數(shù)字等等。
使用模擬輸入的圖像采集卡,目標(biāo)是盡量不變地將攝像頭采集的圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。使用不正確的圖像采集卡可能得到錯誤的數(shù)據(jù)。
工業(yè)用的圖像采集卡通常用于檢測任務(wù),多媒體采集卡由于它通過自動增益控制、邊沿增強(qiáng)和顏色增強(qiáng)電路來更改圖像數(shù)據(jù),所以不用在這個領(lǐng)域里。使用數(shù)字輸入的圖像采集卡的目標(biāo)是將攝像頭輸出的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并輸送到 PC 中作處理。
考慮各種變化:人類的眼睛和大腦可以在不同的條件下識別目標(biāo),但是機(jī)器視覺系統(tǒng)就不是這樣多才多藝了,它只能按程序編寫的任務(wù)來工作。了解你的系統(tǒng)能看到什么和不能看到什么能幫助你避免失敗(例如將好的部件認(rèn)為是壞的)或其它檢測錯誤。般要考慮的包括部件顏色、周圍光線、焦點(diǎn)、部件的位置和方向和背景顏色的大變化。
正確選擇軟件:機(jī)器視覺軟件是檢測系統(tǒng)中的智能部分,也是核心的部分。軟件的選擇決定了你編寫調(diào)試檢測程序的時間、檢測操作的性能等等。
機(jī)器視覺提供了圖形化編程界面 (通常稱為“Point&Click”) 通常比其他編程語言(例如 VisualC++)容易,但是在你需要些特殊的特征或功能時有定的局限性。基于代碼的軟件包,盡管非常困難和需要編碼經(jīng)驗(yàn),但在編寫復(fù)雜的特殊應(yīng)用檢測算法具備更大的靈活性。些機(jī)器視覺軟件同時提供了圖形化和基于代碼的編程環(huán)境,提供兩方面好的特征,提供了很多靈活性,滿足不同的應(yīng)用需求。
通信和記錄數(shù)據(jù):機(jī)器視覺系統(tǒng)的總的目標(biāo)是通過區(qū)分好和壞的部件來實(shí)現(xiàn)質(zhì)量檢測。為了實(shí)現(xiàn)這功能,這個系統(tǒng)需要與生產(chǎn)流水線通信,這樣才可以在發(fā)現(xiàn)壞的部件是做某種動作。通常這些動作是通過數(shù)字 I/O 板,這些板與制造流水線中的PLC相連,這樣壞的部件就可以跟好的部件分離。例外,機(jī)器視覺系統(tǒng)可以與網(wǎng)絡(luò)連接,這樣就可以將數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)庫,用于記錄數(shù)據(jù)以及讓質(zhì)量控制員分析為什么會出現(xiàn)廢品。在這步認(rèn)真考慮將有助于將機(jī)器視覺系統(tǒng)無縫與生產(chǎn)流水線結(jié)合起來。需要考慮的問題是:
使用了什么類型的 PLC,它的接口如何?
需要什么類型的信號?
現(xiàn)在使用或必須使用什么類型的網(wǎng)絡(luò)?
在網(wǎng)絡(luò)上傳送的文件格式是什么?通常使用 RS-232端口與數(shù)據(jù)庫通信,來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的紀(jì)錄。
為以后做準(zhǔn)備:當(dāng)你為機(jī)器視覺系統(tǒng)選擇部件時,時刻記住未來的生產(chǎn)所需和有可能發(fā)生的變動。這些將直接影響你的機(jī)器視覺軟硬件是否容易更改來滿足以后新的任務(wù)。提前的準(zhǔn)備將不僅僅節(jié)約你的時間,而且通過在將來重用現(xiàn)有的檢測任務(wù)可以降低整個系統(tǒng)的價格。機(jī)器視覺系統(tǒng)的性能由差的部分決定(就像個木桶的容量由短的個木塊決定),精度則由它能獲取的信息決定?;〞r間和精力合理配置系統(tǒng)就可以建造個零故障和有彈性的視覺檢測系統(tǒng)。