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机器视觉系统在包装行业中的应用


机器视觉系统在包装行业中的应用
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市场竞争推动机器视觉发展 在现代工业自动化生产中,涉及到各种各样的检查、测量和零件识别应用,例 如电子装配线的元件自动定位,饮料瓶盖的印刷质量检查,产品包装上的条码和字 符识别等。这类应用的共同特点是连续大批量生产、对外观质量的要求非常高。通 常这种带有高度重复性和智能性的工作只能靠人工检测来完成, 我们经常在一些工 厂的现代化流水线后面看到数以百计的检测工人来执行这道工序, 这在给工厂增加 巨大的人工成本和管理成本的同时,仍然不能保证 100%的检验合格率(即“零缺 陷”)。而当今企业之间的竞争,显然已经不允许 0.1%的缺陷存在。 这时,人们开始考虑把计算机的快速性、可靠性、结果的可重复性,与人类视 觉的高度智能化和抽象能力相结合,由此产生了机器视觉的概念。机器视觉的特点 是自动化、客观、非接触和高精度,与一般意义上的图像处理系统相比,机器视觉 强调的是精度和速度,以及工业现场环境下的可靠性。机器视觉适用于大批量生产 过程中的测量、检查和辨识,如:零件装配完整性,装配尺寸精度,零件加工精度, 位置及角度测量,零件识别,特性字符识别等,其最大的应用行业为:制药、制造、 食品、饮料、医学等,如:对高速贴片机上对电子元件的快速定位;对管脚数目的 检查;对 IC 表面印字符的辨识;胶囊生产中对胶囊壁厚和外观缺陷的检查;轴承 生产中对滚珠数量和破损情况的检查;食品包装上面对生产日期的辨识;对标签贴 放位置的检查。目前,国际上视觉系统的应用方兴未艾,1998 年的市场规模为 46 亿美元,而在我国国内,工业视觉系统尚处于概念导入期,各行业的领先企业在解 决了生产自动化的问题以后,已开始将目光转向视觉测量自动化方面。 机器视觉系统的构成和分类 机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。 机器视觉系统是通过机器视觉 产品(即图像摄取装置,分 COMS 和 CCD 两种)将被摄取目标转换成图像信号, 传送给专用的图像处理系统,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信 号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据别的结果来控 制现场的设备动作。

机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。 在一些不适合于人工作 业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合,常用机器视觉来替代人工视 觉。同时在大批量工业生产过程中,用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高, 用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。另外,机器视觉 易于实现信息集成,是实现计算机集成的基础技术。 一个典型的工业机器视觉应用系统包括如下部分:光源、镜头、CCD 照相机、 图像处理单元(或图像捕获卡)、图像处理软件、监视器、通讯(输入输出单元) 等,其工作流程为:首先采用摄像机获得被测目标的图像信号,然后通过 A/D 转 换变成数字信号传送给专用的图像处理系统,根据像素分布、亮度和颜色等信息, 进行各种运算来抽取目标的特征,然后再根据预设的判别准则输出判断结果,控制 驱动执行机构进行相应的处理。机器视觉是一项综合技术,其中包括数字图像处理 技术、机械工程技术、控制技术、光源照明技术、光学成像技术、传感器技术、模 拟与数字视频技术、计算机软硬件技术、人机接口技术等。机器视觉强调实用性, 要求能够适应工业现场恶劣的环境,要有合理的性价比、通用的工业接口、较高的 容错能力和安全性,并具有较强的通用性和可移植性,它更强调实时性,要求高速 度和高精度。 总之,应用机器视觉系统能够大幅降低检验成本,提高产品质量,加快生产速 度和效率。 作为高精度、 非接触的测量方案, 视觉系统涉及到光学和图像处理算法, 本身就是高度专业化的产品,在整个测量控制系统中,往往要与运动控制系统配合 完成位置矫正和进给控制。另外,生产线上对多工序进行同步连续检测时,必须使 视觉系统具备分布式联网能力。机器视觉与运动控制,网络通讯等先进技术的结合 正在改变工业自动化生产的面貌。


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