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WORLD OF INDUSTRIES 06/2018 (CN)

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WORLD OF INDUSTRIES 06/2018 (CN)

让 机 器 视 觉 更

让 机 器 视 觉 更 强 大 AUTOMATION 什 么 能 让 机 器 视 觉 系 统 变 得 强 大 ? 这 里 所 谓 的 强 大 不 仅 仅 是 可 靠 性 , 而 是 一 种 在 系 统 使 用 环 境 发 生 自 然 变 化 时 所 保 持 的 可 靠 性 。 其 中 涉 及 到 很 多 因 素 , 包 括 周 围 环 境 的 影 响 、 物 体 的 变 化 以 及 机 器 视 觉 的 组 件 效 应 。 因 此 , 为 机 器 视 觉 系 统 选 择 最 佳 组 件 是 一 项 具 有 挑 战 性 的 任 务 , 需 要 机 器 视 觉 系 统 集 成 商 和 专 业 供 应 商 具 备 足 够 的 知 识 和 经 验 。 在 演 示 实 验 室 环 境 中 可 行 的 解 决 方 案 与 处 理 工 业 环 境 中 系 统 将 面 临 的 所 有 变 化 的 解 决 方 案 之 间 存 在 很 大 差 异 。 机 器 视 觉 要 求 机 器 视 觉 系 统 由 几 个 组 件 组 成 , 包 括 照 明 、 镜 头 、 相 机 、 图 像 采 集 和 数 据 传 输 , 以 及 图 像 处 理 和 测 量 软 件 。 随 着 技 术 在 所 有 领 域 的 不 断 进 步 , 机 器 视 觉 所 提 供 的 功 能 呈 指 数 级 增 作 者 :Mark Williamson,Stemmer Imaging, 德 国 普 海 姆 长 。 系 统 的 总 体 复 杂 性 取 决 于 具 体 的 应 用 要 求 。 为 了 使 视 觉 系 统 更 强 大 , 选 择 最 佳 组 件 时 , 不 仅 应 基 于 其 满 足 测 量 需 求 的 能 力 ( 适 当 的 分 辨 率 、 帧 速 率 、 测 量 算 法 等 ), 还 应 基 于 外 部 机 器 以 及 环 境 影 响 和 条 件 。 特 别 是 在 工 业 环 境 中 , 其 中 可 能 包 含 部 件 的 变 化 、 处 理 及 定 位 , 还 有 工 艺 界 面 、 振 动 、 环 境 光 、 温 度 、 灰 尘 、 水 、 油 和 电 磁 辐 射 。 针 对 极 端 恶 劣 的 环 境 条 件 , 可 能 需 要 利 用 专 业 外 壳 来 保 护 机 器 视 觉 组 件 。 一 个 常 见 的 例 子 是 在 需 要 冲 洗 的 卫 生 环 境 中 使 用 相 机 外 壳 。 然 而 , 在 许 多 应 用 中 可 以 使 用 最 合 适 的 “ 现 成 ” 组 件 来 适 应 各 种 环 境 条 件 。 组 件 需 要 应 对 的 环 境 挑 战 外 部 因 素 带 来 的 挑 战 不 仅 可 能 造 成 对 机 器 视 觉 组 件 本 身 的 潜 在 损 害 , 还 可 能 对 实 际 测 量 产 生 影 响 。 如 视 觉 系 统 必 须 应 对 温 度 变 化 , 就 是 对 环 境 影 响 的 完 美 说 明 。 许 多 现 代 相 机 可 在 低 至 -5°C 或 高 达 65°C 的 温 度 下 工 作 而 不 会 受 到 损 坏 。 然 而 , 升 高 的 温 度 会 导 致 相 机 传 感 器 生 成 的 图 像 中 出 现 更 多 噪 点 。 但 只 要 通 过 保 证 充 足 照 明 来 改 善 信 噪 比 , 就 能 抵 消 升 温 带 来 的 影 响 。 同 样 需 要 重 视 的 是 , 温 度 可 能 会 影 响 被 测 物 体 。 例 如 , 特 别 是 在 金 属 组 件 中 , 温 度 可 能 导 致 膨 胀 或 收 缩 效 应 , 导 致 其 实 际 线 性 和 体 积 尺 寸 的 变 化 。 22 WORLD OF INDUSTRIES 2018

许 多 相 机 都 可 提 供 防 护 类 型 至 IP65/67 的 外 壳 , 可 有 效 防 止 灰 尘 、 污 垢 、 溅 水 和 蒸 汽 在 3D 测 量 系 统 中 , 除 非 3D 传 感 器 的 校 准 包 括 温 度 补 偿 , 否 则 其 几 何 形 状 的 变 化 将 造 成 误 差 。 通 过 选 择 最 佳 组 件 可 以 解 决 许 多 其 他 环 境 条 件 带 来 的 影 响 。 例 如 , 振 动 和 冲 击 —— 许 多 现 代 相 机 都 设 计 有 高 抗 振 动 性 和 抗 冲 击 性 。 机 器 人 或 轨 道 电 缆 可 用 于 相 机 移 动 的 应 用 。 可 锁 定 的 连 接 器 可 防 止 其 因 振 动 而 脱 落 。 坚 固 耐 用 的 个 人 电 脑 和 嵌 入 式 计 算 机 具 有 良 好 的 机 械 稳 定 性 。 定 焦 镜 头 采 用 带 可 锁 定 螺 丝 的 金 属 托 架 , 可 提 供 防 冲 击 和 防 振 动 的 保 护 。 过 滤 器 可 以 为 镜 头 表 面 提 供 简 单 的 保 护 。 那 灰 尘 、 污 垢 和 水 怎 么 办 呢 ? 许 多 相 机 都 可 提 供 防 护 类 型 至 IP65/67 的 外 壳 , 可 有 效 防 止 灰 尘 、 污 垢 和 溅 水 。 灰 尘 、 污 垢 、 液 体 或 蒸 汽 可 能 粘 在 LED 或 镜 头 系 统 的 表 面 上 , 因 而 减 少 到 达 传 感 器 的 光 线 。 这 可 以 通 过 增 加 相 机 增 益 、 对 图 像 进 行 软 件 处 理 或 通 过 调 节 LED 的 输 出 来 解 决 。 这 些 因 素 和 其 他 因 素 影 响 传 感 器 产 生 图 像 的 质 量 , 而 这 样 的 影 响 十 分 重 大 , 因 为 这 些 图 像 将 用 于 实 际 测 量 。 进 行 测 量 机 器 视 觉 测 量 根 据 系 统 配 置 获 得 控 制 。 智 能 相 机 内 嵌 图 像 采 集 、 处 理 和 分 析 功 能 。 紧 凑 型 嵌 入 式 视 觉 系 统 专 为 要 求 苛 刻 的 机 器 视 觉 和 自 动 化 应 用 而 设 计 , 这 些 需 要 多 个 在 处 理 器 中 带 有 图 像 采 集 、 处 理 和 分 析 功 能 的 相 机 。 基 于 个 人 电 脑 的 系 统 则 在 个 人 电 脑 上 安 装 该 软 件 。 结 果 的 准 确 性 和 可 重 复 性 取 决 于 所 使 用 的 特 定 软 件 算 法 及 其 子 像 素 精 度 。 高 质 量 的 软 件 产 品 和 软 件 库 通 常 可 以 提 供 比 更 便 宜 或 开 源 系 统 更 强 大 的 软 件 工 具 , 但 差 异 往 往 只 能 通 过 在 不 同 检 测 环 境 下 的 直 接 比 较 来 进 行 评 估 。 今 天 的 视 觉 系 统 甚 至 可 以 容 忍 有 限 程 度 内 的 产 品 尺 寸 和 形 状 的 变 化 , 并 且 可 以 识 别 其 中 不 可 避 免 变 化 的 自 然 产 品 类 别 。 然 而 , 即 使 使 用 最 强 大 的 视 觉 系 统 , 外 部 影 响 也 会 导 致 测 量 结 果 不 佳 。 例 如 , 振 动 可 能 导 致 图 像 模 糊 , 而 变 化 的 零 件 更 换 可 能 导 致 变 化 的 图 像 透 视 。 如 果 使 用 太 长 的 曝 光 时 间 来 拍 摄 移 动 物 体 , 会 出 现 运 动 模 糊 。 围 , 而 固 定 相 机 无 法 同 时 看 到 明 区 和 暗 区 。 屋 顶 日 光 或 高 大 的 机 器 操 作 员 的 阴 影 可 能 改 变 相 机 的 图 像 生 成 , 而 人 眼 可 以 在 不 知 不 觉 的 情 况 下 进 行 补 偿 。 规 划 和 细 化 机 器 视 觉 系 统 规 划 、 细 化 和 实 施 适 合 某 一 目 的 的 机 器 视 觉 系 统 不 仅 仅 在 于 简 单 地 选 择 最 强 大 的 机 器 视 觉 组 件 。 一 种 方 法 是 利 用 VDI/ VDE/VDMA 2632 系 列 机 器 视 觉 标 准 。 该 标 准 由 VDI/VDE 测 量 和 自 动 控 制 学 会 与 德 国 VDMA 机 器 视 觉 共 同 开 发 。 遵 循 VDI/ 机 器 视 觉 系 统 由 几 个 组 件 组 成 , 包 括 照 明 、 镜 头 、 相 机 、 图 像 采 集 和 数 据 传 输 , 以 及 图 像 处 理 和 测 量 软 件 。 所 有 组 件 都 必 须 根 据 应 用 要 求 进 行 规 划 和 细 化 。 Mark Williamson VDE/VDMA 2632-2 流 程 不 仅 可 以 确 定 优 化 的 解 决 方 案 , 还 可 以 在 寻 找 多 个 供 应 商 的 情 况 下 , 确 保 他 们 遵 循 相 同 的 用 语 和 定 义 , 并 使 用 一 致 的 术 语 。 这 样 就 能 进 行 精 确 的 同 类 比 较 。 为 了 提 高 对 VDI/VDE 2632-2 标 准 如 何 帮 助 机 器 视 觉 成 功 集 成 入 生 产 设 备 的 认 识 ,Stemmer Imaging 与 欧 洲 影 像 学 院 合 作 举 办 了 许 多 培 训 课 程 。 这 些 对 于 希 望 开 展 机 器 视 觉 项 目 的 最 终 用 户 来 说 是 理 想 的 选 择 , 因 为 与 会 者 将 了 解 到 要 向 供 应 商 提 出 哪 些 问 题 、 如 何 评 估 提 案 以 及 了 解 任 何 提 案 的 完 整 性 。 通 过 这 种 方 式 , 用 户 可 以 确 信 他 们 将 获 得 真 正 的 强 大 视 觉 系 统 。 所 见 非 所 得 未 经 培 训 的 机 器 视 觉 用 户 的 一 个 弱 势 在 于 是 人 眼 和 图 像 采 集 系 统 之 间 的 显 著 差 异 。 眼 睛 会 自 动 调 整 以 处 理 明 显 的 动 态 范 摄 影 : 01 Courtesy Gefra, 02 Stemmer Imaging, ornaments fotolia www.stemmer-imaging.com WORLD OF INDUSTRIES 2018 23