平滑表面的質(zhì)量控制測(cè)量
在很多工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，混合激光攝像頭技術(shù)是表面測(cè)量應(yīng)用的理想技術(shù)。激光光束以特定角度照射到物體表面，通過(guò)攝像頭對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。
Todd Belt
很多工業(yè)領(lǐng)域都要求對(duì)表面進(jìn)行測(cè)量，激光攝像頭混合技術(shù)值得一試。攝像頭檢測(cè)投射到物體上的激光束，然后通過(guò)三角計(jì)算確定高度和寬度，很多工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用要求無(wú)縫、凹槽和凸起的光滑密封表面。這些工業(yè)領(lǐng)域包括玻璃、金屬加工、塑料、輪胎、汽車、航空航天甚至高速公路建設(shè)。為了滿足這些不同領(lǐng)域的需求，質(zhì)量檢測(cè)和基于測(cè)量結(jié)果進(jìn)行的過(guò)程控制起到了關(guān)鍵的作用。
過(guò)去，激光、機(jī)械測(cè)量設(shè)備甚至楔子都被用來(lái)檢測(cè)質(zhì)量，通常這些只能進(jìn)行點(diǎn)測(cè)。根據(jù)應(yīng)用的不同，100%檢測(cè)太慢了，而且需要大量的固定資產(chǎn)投資。例如輪廓掃描儀以前非常昂貴，而且被掃描單元通常無(wú)法編譯掃描儀輸出的所有數(shù)據(jù)。通常都需要自行開發(fā)接口和HMI，這樣一來(lái)成本就更高了。如果企業(yè)希望獲取這些數(shù)據(jù)并將其繪制成圖用于過(guò)程控制目的，那么就必須開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)。
很多企業(yè)都要求對(duì)其生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行確認(rèn)。汽車車身面板在放置到車輛上時(shí)可以進(jìn)行縫隙和表面平整度測(cè)量以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制，或者針對(duì)每一臺(tái)車輛進(jìn)行點(diǎn)測(cè)量。用戶不希望有泄漏，為了防止泄露，必須測(cè)量膠體的厚度。混合技術(shù)改善了檢測(cè)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量。
激光攝像頭混合技術(shù)使用攝像頭檢測(cè)以特定角度投射到物體上的激光光束。通過(guò)三角運(yùn)算確定高度和寬度信息。相關(guān)應(yīng)用包括測(cè)量路基的深度，可以日夜不停地以高速公路行車速度測(cè)量寬達(dá)4.2米的幅面。
下一代產(chǎn)品：可視機(jī)器人
視覺伺服控制：用于機(jī)器人或者設(shè)備的視覺向?qū)Ы缑嬉材軌虮挥脕?lái)實(shí)現(xiàn)在線零部件檢測(cè)，提升傳統(tǒng)反饋系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量。
Carlton Heard
機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備能夠使用視覺伺服控制來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人向?qū)�，改善運(yùn)動(dòng)控制并提升產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)還能夠替代傳統(tǒng)的反饋系統(tǒng)。視覺向?qū)C(jī)器人是視覺技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域最常見的應(yīng)用之一。這種技術(shù)一直以來(lái)被用于工廠生產(chǎn)、裝配和物料夾持，攝像頭獲取圖像，定位零部件和動(dòng)作終點(diǎn)，然后將坐標(biāo)發(fā)送給機(jī)器人以實(shí)現(xiàn)特定的功能，例如夾起一個(gè)零部件。
在這些應(yīng)用中整合視覺技術(shù)能夠提升設(shè)備的智能性和靈活性。同樣的一臺(tái)設(shè)備能夠完成多重任務(wù)，因?yàn)樗軌蜃R(shí)別零部件，并根據(jù)不同情況做出相應(yīng)調(diào)整。使用機(jī)器視覺向?qū)У暮锰幘褪沁@些圖像還可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)在線零部件檢測(cè)，以提升產(chǎn)品質(zhì)量。
如果運(yùn)動(dòng)部件要求超高的精度，例如攝像頭或者運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，那么這種解決方案會(huì)十分昂貴。某些視覺向?qū)C(jī)器人系統(tǒng)在任務(wù)的開始使用一張圖像，沒有反饋來(lái)處理后期的微小誤差，視覺伺服控制能夠解決這個(gè)挑戰(zhàn)。攝像頭固定在機(jī)器人上或者臨近機(jī)器人安裝，它能提供連續(xù)的視覺反饋，校正運(yùn)動(dòng)中的微小誤差。在控制回路中使用圖像處理技術(shù)，圖像信息可以取代傳統(tǒng)的反饋機(jī)制（編碼器），能夠完成直接伺服控制任務(wù)。
自主式機(jī)器人的興起
直接伺服控制提升了應(yīng)用的高速性能，例如激光指向和半導(dǎo)體加工等需要進(jìn)行高速控制的工藝過(guò)程。機(jī)器人使用的可視化與工業(yè)應(yīng)用中所使用的一樣，而且在包括移動(dòng)機(jī)器人在內(nèi)的嵌入式領(lǐng)域中這種技術(shù)越來(lái)越流行。應(yīng)用包括在醫(yī)院大廳內(nèi)使用的服務(wù)機(jī)器人，它能夠在醫(yī)生和護(hù)士短缺的情況下緩解醫(yī)療保健系統(tǒng)的成本壓力，還包括耕地中使用的自動(dòng)拖拉機(jī)，它能夠提高播種和收割效率。
幾乎每一臺(tái)自主移動(dòng)機(jī)器人都需要配備精密的圖像功能，從障礙躲避到視覺仿真定位和導(dǎo)航。在未來(lái)十年內(nèi)，自主式機(jī)器人所使用的視覺系統(tǒng)將在數(shù)量上超過(guò)固定基座的機(jī)器人手臂。
3D視覺技術(shù)能夠幫助機(jī)器人進(jìn)一步理解周圍環(huán)境，而且3D成像技術(shù)在傳感器、照明和嵌入式處理技術(shù)中獲得了大跨步的前進(jìn)。3D視覺技術(shù)在各種各樣的應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，從視覺向?qū)C(jī)器人箱體夾持到高精度的計(jì)量應(yīng)用再到移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域。新型的處理器能夠處理大量的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的算法，提取深層次信息并快速做出決定。
移動(dòng)機(jī)器人使用這些深層次信息來(lái)測(cè)量障礙物的尺寸和距離，用于實(shí)現(xiàn)精確的路徑規(guī)劃和障礙躲避。立體視覺系統(tǒng)能夠提供豐富的3D信息，用來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航應(yīng)用并在照明不斷變化的環(huán)境中良好地運(yùn)作。立體視覺技術(shù)使用兩個(gè)或者更多個(gè)攝像頭來(lái)觀察同一個(gè)物體，通過(guò)兩幅圖片的對(duì)比，可以計(jì)算出視差和景深信息。
其他應(yīng)用還要求額外的處理器性能，在醫(yī)藥行業(yè)中，機(jī)器人外科手術(shù)和激光控制系統(tǒng)正在與圖形向?qū)Ъ夹g(shù)緊密結(jié)合。對(duì)于這些高性能的視覺應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）被用來(lái)管理圖像處理或者使用圖像信息作為高速控制應(yīng)用中的反饋信息。
工業(yè)和民用領(lǐng)域內(nèi)的機(jī)械和機(jī)器人有了視覺技術(shù)后正在變得更加智能化。嵌入式視覺聯(lián)盟（EVA）構(gòu)建了一系列技術(shù)供應(yīng)商的伙伴關(guān)系，設(shè)計(jì)人員可以更加容易地整合嵌入式視覺技術(shù)。
通過(guò)3D視覺系統(tǒng)完成繩索磨損分析3D成像技術(shù)可以被用來(lái)評(píng)判繩索和電纜質(zhì)量，測(cè)量線隙和直徑CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，識(shí)別繩索表面的損傷和磨損類型，以超越當(dāng)今方法的卓越的精度來(lái)提升安全性。
Andrzej Sioma
3D成像技術(shù)可以被用來(lái)評(píng)判繩索和電纜質(zhì)量，測(cè)量線隙和直徑CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，識(shí)別繩索表面的損傷和磨損類型，以超越當(dāng)今方法的卓越的精度來(lái)提升安全性。鋼索和織物欄索是索道、礦井升降機(jī)、客運(yùn)和貨運(yùn)電梯、起重機(jī)、龍門起重機(jī)和卷?yè)P(yáng)機(jī)等設(shè)備作業(yè)安全防護(hù)的基本措施。鋼索很常用，因?yàn)樗哪p特性和使用壽命已經(jīng)被人們所熟識(shí)。
欄索通常需要測(cè)量特征參數(shù)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，例如線隙和欄索直徑。非常重要的一點(diǎn)就是評(píng)估欄索表面是否有肉眼可見的損壞。需要使用接觸式測(cè)量設(shè)備周期性地對(duì)線隙和欄索直徑進(jìn)行測(cè)量。目前為止，尚無(wú)連續(xù)測(cè)量行程長(zhǎng)度和欄索直徑的簡(jiǎn)單且精確的方法。使用3D機(jī)器視覺技術(shù)可以對(duì)線隙和直徑進(jìn)行連續(xù)的測(cè)量，還能夠控制欄索表面的磨損程度。
3D視覺系統(tǒng)可以用來(lái)獲取被測(cè)物體的集合參數(shù)，同樣還能夠獲取表面參數(shù)。3D圖像建模技術(shù)基于攝像頭和激光光束的使用，這在前文中有所論述�；趯�(duì)圖像的分析，可以得到高度剖面圖，用來(lái)建立三維圖像。欄索參數(shù)的測(cè)量和評(píng)估可以在欄索的整個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)連續(xù)的進(jìn)行，沿著欄索評(píng)估參數(shù)的變化，同時(shí)也評(píng)估作業(yè)中所選擇的參數(shù)的變化，包括3D圖形中的多種其他參數(shù)。
視覺系統(tǒng)從單色CMOS（互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體）傳感器獲取圖像，所以圖像上只顯示出了激光光束，可以用來(lái)確定高度剖面圖。然后將間隔為ΔY = 0.15 [mm]的多個(gè)高度剖面圖層疊在一起就形成了欄索表面的三維圖像。此系統(tǒng)圍繞欄索每隔120度就設(shè)置一個(gè)攝像頭，可以提供完整的欄索表面圖像，每秒可以進(jìn)行多達(dá)數(shù)千次檢測(cè)。
欄索表面的三維圖像需要在測(cè)量進(jìn)行之前進(jìn)行預(yù)處理，目的是將欄索表面圖像上的“噪聲”去除并用于后續(xù)測(cè)量。測(cè)量算法基于對(duì)線股邊緣的檢測(cè)，例如更小的線束構(gòu)成了欄索的表面和隔斷。每個(gè)線股確定一個(gè)特征點(diǎn)，從而確定欄索軸心的最大線股高度。通過(guò)測(cè)量?jī)蓚�(gè)邊緣或者兩個(gè)特征點(diǎn)之間的距離來(lái)確定線隙。線股在3D圖像中顯示為白色。
另一種測(cè)量線隙的方法是將視覺進(jìn)行配置，使激光光束與欄索軸向平行。這樣一來(lái)，欄索表面的多根線股就構(gòu)成了欄索的直徑。在這種配置前提下，可以針對(duì)每一根線股對(duì)線隙進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)對(duì)線隙變化的分析可以間接地對(duì)欄索磨損或者損壞進(jìn)行評(píng)估。需要注意的是，任何線股纖維的損壞，都會(huì)影響激光光束并在圖像中留下可見痕跡，這都代表這欄索已損壞。
對(duì)欄索三維圖像的斷面圖進(jìn)行分析可以測(cè)量欄索直徑。欄索中心的坐標(biāo)和每一個(gè)斷面的直徑都可以測(cè)得。在視覺系統(tǒng)配置中，軸心直徑的測(cè)量精度為0.15mm，可以檢測(cè)欄索表面單線或者單根線股的開裂情況，這些問題都會(huì)在直徑的變化中給出提示。
對(duì)欄索表面使用三維圖像可以檢測(cè)瑕疵。測(cè)試中記錄的檢測(cè)與鋼索和織物欄索不同。鋼索瑕疵包括線股繞制中出現(xiàn)的凸起或者凹陷現(xiàn)象，可以參見圖8中左上角的圖A；圖B所示為線股開裂或者線股中存在的雜線。對(duì)于織物欄索，線股繞制帶來(lái)的問題如圖C所示，還包括激光光束圖D中顯示的線股繞制表面畸形問題。這些失真都可以在圖D底部中反映為線股表面畸形。
機(jī)器視覺產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)步
單元級(jí)產(chǎn)品的可追溯性
Cognex公司發(fā)布了用于醫(yī)療保健領(lǐng)域的In-Sight Track & Trace識(shí)別和數(shù)據(jù)驗(yàn)證解決方案的新版本。這一版本滿足了制藥廠商和醫(yī)療器械廠商對(duì)于獲得單元級(jí)產(chǎn)品可追溯性的需求。用戶可以在多種聯(lián)網(wǎng)方式的視覺系統(tǒng)上使用In-Sight Track & Trace 2.0來(lái)對(duì)可讀文本和二維及一維條形碼進(jìn)行解碼，包括Data Matrix、GS1- 128、GS1 DataBar、securPharm和Pharmacode。FDA 21 CFR第11部分驗(yàn)證（具有安全用戶確認(rèn)和自動(dòng)生成審查跟蹤功能）中的技術(shù)控制內(nèi)容被包含在內(nèi)。
更高的速度，更好的清晰度
Teledyne Dalsa是一家全面的機(jī)器視覺產(chǎn)品集成制造商，其Genie TS系列相機(jī)新增了兩款200萬(wàn)像素和400萬(wàn)像素單色產(chǎn)品，其HD格式的速度達(dá)到了每秒76幀（fps）。這些新型號(hào)適用于廣泛的檢測(cè)應(yīng)用。兩個(gè)新型產(chǎn)品基于CMOSIS成像傳感器CMV2000和CMV4000，它們能夠滿足機(jī)器視覺對(duì)于速度和圖像清晰度的日益嚴(yán)酷的需求。只要選用Teledyne Dalsa公司的改進(jìn)的軟件工具或者第三方軟件GigE Vision便可以實(shí)現(xiàn)這些功能。新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使其可以工作于極端的環(huán)境中，工作溫度范圍為-20℃～60℃。
視覺新標(biāo)準(zhǔn)，連通性
國(guó)際自動(dòng)成像協(xié)會(huì)（AIA）是視覺和成像的全球組織，它在2013年1月份發(fā)布了USB3 Vision v1.0新標(biāo)準(zhǔn)。與所有AIA標(biāo)準(zhǔn)一樣，它是免費(fèi)的，對(duì)于開發(fā)和市場(chǎng)商業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品需要獲得許可證。
V1.1版本的Camera Link HS IP內(nèi)核解決方案大大縮短了研發(fā)時(shí)間。從2013年3月份開始，v1.1的IP內(nèi)核變得更加容易使用。這些IP內(nèi)核極大地縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間和服務(wù)支持的成本，因?yàn)樗鼮殚_發(fā)團(tuán)隊(duì)提供了一種直接可用的參考實(shí)施方案，減少了大約6月的開發(fā)時(shí)間。
此外，像素格式命名規(guī)則（PFNC）v1.1也發(fā)布了。PFNC 1.0由 GigE Vision委員會(huì)于2011年11月份創(chuàng)建，以明確各種像素格式的定義，便于各種不同設(shè)備的視覺標(biāo)準(zhǔn)可以重新使用已有資源。Vision 1.1附件中羅列了推薦的像素格式ID，作為給定像素格式的唯一標(biāo)示符。同時(shí)還支持GigE Vision 2.0、USB3 Vision 1.0和CoaXPress 1.0以及USB3 Vision 1.0的新像素格式。
（來(lái)源：中國(guó)工控網(wǎng)）
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