機器視覺系統在包裝行業中的應用
2006-07-06 08:40 來源：《包裝材料與容器》 責編：中華印刷包裝網
市場競爭推動機器視覺發展
在現代工業自動化生產中，涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識別應用，例如電子裝配線的元件自動定位，飲料瓶蓋的印刷質量檢查，產品包裝上的條碼和字符識別等。這類應用的共同特點是連續大批量生產、對外觀質量的要求非常高。通常這種帶有高度重復性和智能性的工作只能靠人工檢測來完成，我們經常在一些工廠的現代化流水線后面看到數以百計的檢測工人來執行這道工序，這在給工廠增加巨大的人工成本和管理成本的同時，仍然不能保證100%的檢驗合格率（即“零缺陷”）。而當今企業之間的競爭，顯然已經不允許0.1%的缺陷存在。
這時，人們開始考慮把計算機的快速性、可靠性、結果的可重復性，與人類視覺的高度智能化和抽象能力相結合，由此產生了機器視覺的概念。機器視覺的特點是自動化、客觀、非接觸和高精度，與一般意義上的圖像處理系統相比，機器視覺強調的是精度和速度，以及工業現場環境下的可靠性。機器視覺適用于大批量生產過程中的測量、檢查和辨識，如：零件裝配完整性，裝配尺寸精度，零件加工精度，位置及角度測量，零件識別，特性字符識別等，其最大的應用行業為：制藥、制造、食品、飲料、醫學等，如：對高速貼片機上對電子元件的快速定位；對管腳數目的檢查；對IC表面印字符的辨識；膠囊生產中對膠囊壁厚和外觀缺陷的檢查；軸承生產中對滾珠數量和破損情況的檢查；食品包裝上面對生產日期的辨識；對標簽貼放位置的檢查。目前，國際上視覺系統的應用方興未艾，1998年的市場規模為46億美元，而在我國國內，工業視覺系統尚處于概念導入期，各行業的領先企業在解決了生產自動化的問題以后，已開始將目光轉向視覺測量自動化方面。
機器視覺系統的構成和分類
機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統是通過機器視覺產品（即圖像攝取裝置，分COMS和CCD兩種）將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據別的結果來控制現場的設備動作。
機器視覺系統的特點是提高生產的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業的危險工作環境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺。同時在大批量工業生產過程中，用人工視覺檢查產品質量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產效率和生產的自動化程度。另外，機器視覺易于實現信息集成，是實現計算機集成的基礎技術。
一個典型的工業機器視覺應用系統包括如下部分：光源、鏡頭、CCD照相機、圖像處理單元（或圖像捕獲卡）、圖像處理軟件、監視器、通訊（輸入輸出單元）等，其工作流程為：首先采用攝像機獲得被測目標的圖像信號，然后通過A/D 轉換變成數字信號傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布、亮度和顏色等信息，進行各種運算來抽取目標的特征，然后再根據預設的判別準則輸出判斷結果，控制驅動執行機構進行相應的處理。機器視覺是一項綜合技術，其中包括數字圖像處理技術、機械工程技術、控制技術、光源照明技術、光學成像技術、傳感器技術、模擬與數字視頻技術、計算機軟硬件技術、人機接口技術等。機器視覺強調實用性，要求能夠適應工業現場惡劣的環境，要有合理的性價比、通用的工業接口、較高的容錯能力和安全性，并具有較強的通用性和可移植性，它更強調實時性，要求高速度和高精度。
總之，應用機器視覺系統能夠大幅降低檢驗成本，提高產品質量，加快生產速度和效率。作為高精度、非接觸的測量方案，視覺系統涉及到光學和圖像處理算法，本身就是高度專業化的產品，在整個測量控制系統中，往往要與運動控制系統配合完成位置矯正和進給控制。另外，生產線上對多工序進行同步連續檢測時，必須使視覺系統具備分布式聯網能力。機器視覺與運動控制，網絡通訊等先進技術的結合正在改變工業自動化生產的面貌。
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