视觉传感器在工业的应用

李娜

摘 要：视觉传感器在当代科技飞速发展的带动下，以其高速度和高精度的优势广泛应用于各个领域。特别是在现代工业自动化生产中，不仅提高了生产效率和质量，还大大降低了劳动成本。本文就视觉传感器在工业中的应用进行研究。

关键词：视觉传感器；条件检测；定位控制

中图分类号：TP391 文献标识码：A

目前工业进入现代工业自动化生产后，需要对处于生产过程中的工艺流程进行检验、计量、测量、定向、瑕疵检测和分捡等，而这些工作完成的基础是视觉传感器的应用。此外产品包装的好坏直接影响着企业形象，因此产品完成后进行包装时也需要用到视觉传感器，来检查包装是否符合规定、是否完整。随着电子技术、计算机及传感器技术的不断发展促进了视觉传感系统的发展，和人眼比较视觉传感系统在一些场合上检测灵敏度非常高，因此视觉传感器技术得到了广泛的关注和研究。相比于普通广电传感器来讲，视觉传感器灵活性更高、检验范围更大，使视觉传感器在工业中的应用越来越广泛。

1 视觉传感器技术

20世纪50年代视觉传感器出现后就得到迅速发展。视觉传感器出现后成为机器人中最重要的一个传感器，开始形成机器人视觉，而其一开始主要是在积木世界中应用。一直到70年代才出现了具有现实意义的视觉系统，并在集成电路生产、饮料罐装箱的检验、定位中应用，由此开始成为今天所说的视觉传感器。

视觉传感器主要是指利用照相机对目标图像信息进行收集处理，计算出目标图像的特征如位置、数量、形状等，并将数据和判断结果输出到传感器中。在视觉传感器中主要组成有照相机、图像传感器等。其中图像传感器主要有两种，一种是是CCD。另一种是CMOS。这两种视觉传感器相比，CCD成像品质较高，且具有一维图像摄成的线阵CCD和二维平面图像摄成的面阵CCD，因此在实际的工业应用中，CCD类型的传感器应用较多。如图1所示为视觉传感器组成。

用于工业检验的方式很多如人工检验、视觉系统、光电传感器、视觉传感器等，但经过对几种方式的比较分析可知，使用视觉传感器系统检测工业中相关技术指标是最佳的选择，主要是由于视觉传感器具有以下优势：

（1）灵活性高

视觉传感器可以对体积较大的物体进行检验，且在检验中能根据物体所在位置进行自我调整从而达到检测环境最佳条件；在某些需要进行切换的应用中视觉传感器也能很轻松的实现切换过程，如切换生产工序时主需要数秒钟即可完成；视觉传感器体积较小，不占用空间，在设置时比较灵活方便。

（2）成本低

使用视觉传感器可低成本的实现重复、一次的检验工作，极大的帮助企业节约了时间和人力成本。

（3）准确度高

视觉传感器中具有人工智能的特点，因此在应用中具有较高的准确度。

2 视觉传感器在工业中的应用

当前视觉传感器技术已得到了十分广泛的应用，工業、科技等领域中都在广泛使用。其中工业检测、医学图像分析、交通安全、家电等领域的应用是比较典型的，下面主要介绍下视觉传感器在工业中的应用。

2.1 视觉传感器在工业生产中的定位控制

将视觉传感器应用于焊缝跟踪自动系统中已经有了明显效果。例如在储汽罐、船体等形状的焊接中，视觉传感器代替了人眼，再配以外围控制系统能实现实时焊接控制，其技术优势主要有：

（1）信息丰富，主要是因为焊接回路和传感器是不冲突的，因此提供的信息就较为丰富。（2）利用传感器技术可以获得大量信息，且信息测量的精度较高。（3）传感器技术对强电场和磁场有较强的抗干扰能力，不会影响其工作。（4）在工作时不用接触到产品，因此对各种坡口形状都能进行检测。（5）能同时控制焊接跟踪和焊接质量。传感器技术实现焊接跟踪方式主要是：先获取图像信息，图像信息主要是通过CCD传感器获得的；再通过识别、分析、处理图像得到焊枪中心、焊缝中心的位置信息；最后控制系统会根据焊枪中心和焊缝中心的位置信息调节焊枪位置，实现焊接跟踪。视觉传感器的使用除了能高精度确定出焊缝中心位置外，对焊缝断面形状、面积等信息也能进行检测。都东等指出利用视觉传感器获取焊接对象信息时可采用以焊接对象宏观三维结构特征为基础的视觉传感方法和以焊接对象与去光学特征为基础的视觉传感方法两种方法，获取焊接信息时采用的传感方式有三种，即焊前、焊中和焊后。因此，与传统焊接方法相比，视觉系统在焊接领域的发展空间更为广阔。

2.2 视觉传感器在工业生产中的条件检测

视觉传感器的工业条件检测应用是非常广泛的，在工业生产中，视觉传感器往往需要与工业控制系统，如机械手，PLC、伺服电机等相配合，它将计算机、显示器等作为图像处理和显示设备并配以相应软件以完成更为复杂的视觉检测任务，如图2所示为DQ200视觉检测系统。视觉传感器被安装在机械手上，PLC控制六轴机械手的运动，从而将视觉传感器带到所需位置拍照，实现了对待检测工件的多方位自动拍摄。拍摄完毕后，图像将被传送给计算机，由计算机通过相关软件完成复杂的图像处理和分析，并将最后的分析结果通过通讯接口发回给PLC，而PLC将控制外围设备根据检测结果做出相应的动作。由此可见，利用视觉传感器和外围控制系统相组合，可以实现真正意义上的工业自动化检测，而视觉传感器则是工业自动检测系统中不可或缺的部分。

又如在药品生产中，药品生产日期的检测十分重要。传统检测主要依赖于人眼，但由于人眼的局限性，难免漏检，如果出现了这种情况就需要全部重检测，这就提高了药品的生产成本，降低了生产效率。因此何梓滨就提出在药品生产日期检测中使用视觉传感器技术，还专门设计了视觉传感器检测系统，经过测试证明此系统在药品生产日期检测中具有可行性。此外他还详细讲述了视觉传感器的组成及对图像进行捕捉时的处理流程，通过对视觉传感器的详细分析得出在药品生产日期检测中使用视觉传感器代替人眼工作，极大的提高了工作效率，降低了人力资源的使用和生产成本，促进了产品自动化速度的进一步提高。

3 视觉传感器在工业中的应用发展趋势

目前世界传感器由于摄像机在标定过程中程序比较复杂，就会造成精确度不高等问题，目前只能在大批量、重复率高且目标对象差异不大的情况下适用，在目标对象存在较大差异的环境中应用就有点困难。但随着科学技术的发展，视觉传感器未来发展将是十分可观的，也是充满希望的。且随着制造业的发展和视觉传感器需求的增多，视觉传感器相关产品将会越来越多，技术也会得以很大的提高，视觉传感器在应用上将从低端向高端发展，并朝着智能化、一体化方向发展。

结语

虽然视觉传感器技术在工业中应用十分广泛，但需要提升的空间还很大。相信随着计算机技术、通信技术、传感器技术的持续发展视觉传感器也会随之发展，不断提高其集成度、智能化程度，提高其可靠性、精确性和可控性，在工业自动化系统应用中发挥出更大的作用，帮助工业生产降低人力成本，促进生产效率的提高。随着新材料的不断开发，未来视觉传感器功能将更强大，适用范围将更广。

参考文献

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