在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中，涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識別應(yīng)用，例如汽車零配件尺寸檢查和自動裝配的完整性檢查，電子裝配線的元件自動定位，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別等。這類應(yīng)用的共同特點是連續(xù)大批量生產(chǎn)、對外觀質(zhì)量的要求非常高。

    檢測的方式多種多樣，本文提倡的是利用視覺系統(tǒng)進(jìn)行檢測，與普通光電傳感器相比，視覺傳感器賦予機(jī)器設(shè)計者更大的靈活性。以往需要多個光電傳感器的應(yīng)用，現(xiàn)在可以用一個視覺傳感器來檢驗多項特征。視覺傳感器能夠檢驗大得多的面積，并實現(xiàn)了更佳的目標(biāo)位置和方向靈活性。這使視覺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)較為常見的檢測環(huán)節(jié)深入介紹視覺傳感系統(tǒng)的功能，并以美國邦納公司的視覺系統(tǒng)為例證明為什么視覺傳感成為工業(yè)傳感器市場中增長最快的領(lǐng)域。

    ◆ 視覺檢測案例：檢測奶粉罐內(nèi)鋁膜縫隙及小勺缺損
                   
                                   圖1  檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    包裝行業(yè)中產(chǎn)品都需經(jīng)過一道盒裝檢測，最終都需要進(jìn)行盒裝，圖1是一家奶粉生產(chǎn)企業(yè)針對奶粉罐中小勺檢測方案，該客戶需要將整個檢測系統(tǒng)分為兩個獨(dú)立的檢測系統(tǒng)：（1）鋁膜視覺檢測系統(tǒng)——用于檢測鋁膜有無及鋁膜是否密封，將檢測結(jié)果直接傳送給剔除機(jī)構(gòu)；（2）小勺視覺檢測系統(tǒng)——用于檢測奶粉罐內(nèi)小勺有無，如果發(fā)現(xiàn)錯誤直接停止流水線轉(zhuǎn)動。

    項目實施過程中，客戶的要求是極其嚴(yán)格的，項目需要達(dá)到下列的要求：

    檢測系統(tǒng)需能檢測出奶粉罐最小鋁膜僅達(dá)到 2mm×50mm的裂縫；

    當(dāng)檢測到不合格產(chǎn)品能通過指示燈報警，并且停止產(chǎn)線運(yùn)行；

    視覺檢測系統(tǒng)能夠通過按鈕控制啟動產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)；

    視覺系統(tǒng)能夠切換檢測程序，并能夠顯示在線檢測畫面及存儲相應(yīng)的檢測信息。

    針對以上客戶的要求，采用美國邦納的P40MINI視覺相機(jī)系統(tǒng)分兩部分進(jìn)行檢測。

    1 鋁膜檢測部分

    檢測系統(tǒng)通過兩臺30萬像素視覺相機(jī)分兩路同時檢測，用于檢測鋁膜有無及鋁膜是否密封，兩臺相機(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)檢測到錯誤的時候，每臺相機(jī)分別輸出次品信號給相應(yīng)的剔除裝置，從而錯誤產(chǎn)品剔除。視覺檢測效果如圖2所示。
                    
                                       圖2  視覺系統(tǒng)檢測鋁膜

    視覺系統(tǒng)配置（兩套相同配置）：視覺相機(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 電源給視覺系統(tǒng)及人機(jī)界面系統(tǒng)，另外可輸出開關(guān)量信號提供給剔除機(jī)構(gòu)，同時通過按鈕可控制啟動和停止流水線的功能。

    2 小勺檢測部分

    通過一臺30萬像素視覺相機(jī)檢測，通過以太網(wǎng)絡(luò)直接連接到人機(jī)界面，并通過人機(jī)界面顯示相關(guān)檢測信息，如檢測畫面、次品數(shù)量、合格品數(shù)量等。當(dāng)相機(jī)發(fā)現(xiàn)次品，輸出信號給急停裝置，將流水線停止。視覺檢測效果如圖3所示。

                     
                                     圖3  視覺系統(tǒng)檢測小勺

    硬件配置：視覺相機(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 顯示信號裝置

    通過視覺相機(jī)檢測出非合格產(chǎn)品之后，視覺相機(jī)發(fā)送出信號，該客戶采用了邦納的TL50指示燈作為顯示信號結(jié)果裝置，TL50塔燈融合了高亮度、長壽命、通用型等多種與眾不同的特點，外型漂亮且堅固。

    奶粉罐通過了視覺檢測之后，視覺系統(tǒng)的信號通過Banner TL50塔燈實現(xiàn)了快速響應(yīng)；通過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)10萬小時的特點在奶粉罐檢測中發(fā)揮顯著功能。

                      
                                  圖4  實拍現(xiàn)場圖Banner TL50（一）

                          
                                 圖5  實拍現(xiàn)場圖Banner TL50（二）

                   
                                 圖6  實拍現(xiàn)場圖 （三）

    4 PLC/HMI及次品剔除后臺裝置

               
                                              圖7  HP一體式控制器HMI觸摸屏

                 
                               圖8  現(xiàn)場實拍圖             

                 
                               圖9  剔除次品裝置

                  
                             圖10  anner QS18定位裝置

    檢測出非合格產(chǎn)品之后，后臺PLC系統(tǒng)接收到信號，從而進(jìn)行次品的剔除動作，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)接到視覺系統(tǒng)發(fā)出的非合格產(chǎn)品的信號之后，SHP控制器作出邏輯判斷之后，啟動剔除裝置把次品從流水線剔除出來，并且在HMI觸摸屏顯示出信息。如圖7、8、9，該系統(tǒng)軟件可同時顯示2幅檢測畫面。圖10是Banner QS18定位裝置。

    以上通過一個實際的牛奶粉盒檢測案例簡述了在可用的檢驗備選方案中，即視覺系統(tǒng)、光電傳感器、PLC/HMI系統(tǒng)，工業(yè)智能燈系統(tǒng)等多種自動化產(chǎn)品在檢測方式的綜合運(yùn)用。

    無論工廠自動化有何進(jìn)步，許多檢驗仍用肉眼來完成。

    但是，在大多數(shù)應(yīng)用中，視覺傳感器的許多優(yōu)勢非手動檢驗流程所能及。視覺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。視覺傳感器的低成本和易用性已吸引機(jī)器設(shè)計師和工藝工程師將其集成到各類曾經(jīng)依賴人工、多個光電傳感器，或根本不檢驗的應(yīng)用。視覺傳感器的工業(yè)應(yīng)用包括檢驗、計量、測量、定向、瑕疵檢測和分撿。

    5 結(jié)語

    盡管對復(fù)雜視覺系統(tǒng)的包裝檢測需求仍然存在，但是更廉價、更容易使用的視覺傳感器的推出，為一些工業(yè)應(yīng)用提供了性價比更佳的解決方案。此外，由于視覺傳感器更小、更易使用，制造商會更頻繁地在檢驗和校驗應(yīng)用中采用視覺解決方案。

    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， 從單一的視覺檢測到視覺系統(tǒng)集成，邦納公司均可提供完整的視覺檢測方案。“讓視覺簡單化”是邦納公司一直倡導(dǎo)并不斷追求的設(shè)計理念，因為其深知無論什么產(chǎn)品最終都要服務(wù)于用戶，所以如何讓用戶使用產(chǎn)品時感覺簡單方便，容易上手這是在設(shè)計產(chǎn)品時要考慮的一個重要因素。視覺檢測方案主要包括兩個方面：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)提供所有這些視覺檢測成功的解決方案和技術(shù)支持。

    摘自《自動化博覽》2010年第十一期