2009年諾貝爾物理學(xué)獎的揭曉，CCD圖像傳感器等相關(guān)技術(shù)的討論正如火如荼。自伊爾和史密斯發(fā)明了半導(dǎo)體成像器件——電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器。CCD圖像傳感器就已似數(shù)碼照相機(jī)的電子眼，通過用電子捕獲光線來替代以往的膠片成像，攝影技術(shù)由此得到徹底革新。這一發(fā)明極大推動了醫(yī)學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展，在疾病診斷、人體透視及顯微外科等領(lǐng)域都有著廣泛用途。在工業(yè)領(lǐng)域中視覺傳感成為工業(yè)傳感器市場中增長最快的領(lǐng)域。如今最先進(jìn)的視覺傳感器正將傳統(tǒng)方法的最佳性能與史無前例的速度、精確度、尺寸及成本優(yōu)勢相結(jié)合。本文將詳盡分析視覺傳感器。 視覺傳感的基本原理 光電傳感器包含一個光傳感元件，而視覺傳感器具有從一整幅圖像捕獲光線的數(shù)以千計(jì)像素的能力。圖像的清晰和細(xì)膩程度通常用分辨率來衡量，以像素?cái)?shù)量表示。邦納工程公司提供的部分視覺傳感器能夠捕獲130萬像素。因此，無論距離目標(biāo)數(shù)米或數(shù)厘米遠(yuǎn)，傳感器都能“看到”細(xì)膩的目標(biāo)圖像。 在捕獲圖像之后，視覺傳感器將其與內(nèi)存中存儲的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行比較，以作出分析。例如，若視覺傳感器被設(shè)定為辨別正確的插有八顆螺栓的機(jī)器部件，或者螺栓未對準(zhǔn)的部件。此外，無論該機(jī)器部件位于視場中的哪個位置，無論該部件是否在360度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，視覺傳感器都能作出判斷。 視覺傳感器應(yīng)用基本要素 掌握如何應(yīng)用視覺傳感器的兩個關(guān)鍵點(diǎn)是照明和軟件工具。 （一）照明 在視覺傳感器應(yīng)用中，照明是最重要的技術(shù)因素。光源的類型和位置，直接關(guān)系到是否能創(chuàng)建出最大目標(biāo)背景對比度的圖像。 （二）工具 視覺傳感器使用算法來分析其捕獲的圖像。用途廣泛、功能全面的視覺傳感器提供多種算法（有時被稱作工具）。低成本視覺傳感器可能只包括一個工具，兩者都有自身適合的應(yīng)用。工具分成兩個基本類別：即線性和平面。兩者都注意圖像的變化，但方式卻有所不同。如果待關(guān)注的區(qū)域可預(yù)見，則線性工具是最佳選擇，因?yàn)樵摴ぞ叩乃俣群途_度都高于平面工具。例如，視覺傳感器能夠用線性工具（如切削具）來確?？焖偻ㄟ^組裝線的小瓶均已蓋緊。 如果目標(biāo)的位置可能會變化，如可能在箱中某位置缺少一個或多個塑料瓶的塑料瓶箱，平面工具則最為實(shí)用。平面工具將檢查整箱是否與標(biāo)準(zhǔn)存在偏差。 視覺傳感器的優(yōu)勢 在可用的檢驗(yàn)備選方案中，即視覺系統(tǒng)、光電傳感器、人工檢驗(yàn)，以及視覺傳感器，視覺傳感器通常因其精確性、易用性、豐富功能及合理成本而成為最佳選擇。 隨著各行業(yè)競爭越來越激烈，利潤率逐漸變小，制造商無法承受因瑕疵產(chǎn)品造成的高廢品率。因此，為在產(chǎn)生高昂成本之前檢測出問題，制造商正將檢驗(yàn)工作融入整個制造過程。 視覺系統(tǒng)與視覺傳感器之比較 復(fù)雜的視覺系統(tǒng)是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，可執(zhí)行細(xì)致的自動檢驗(yàn)。但是，復(fù)雜性和高成本妨礙了其在許多行業(yè)中的應(yīng)用，其價(jià)格通常從5000美元至50000美元以上。這些復(fù)雜的視覺系統(tǒng)需要一個或多個攝像頭、定制軟件以及一臺計(jì)算機(jī)。它們往往需要聘請外部視覺顧問來設(shè)計(jì)、集成和安裝系統(tǒng)。此外，鑒于此類系統(tǒng)的專用性，無法將它們輕松地改作它用。這些復(fù)雜的系統(tǒng)通常要求持續(xù)的專業(yè)支持。 盡管對復(fù)雜視覺系統(tǒng)的需求仍然存在，但是更廉價(jià)、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(jià)比更高的解決方案。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(yàn)和校驗(yàn)應(yīng)用中采用視覺解決方案。視覺傳感器在工廠自動化的品質(zhì)提高及生產(chǎn)效率改進(jìn)方面功不可沒。 光電傳感器與視覺傳感器之比較 與光電傳感器相比，視覺傳感器賦予機(jī)器設(shè)計(jì)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(yàn)多項(xiàng)特征。視覺傳感器能夠檢驗(yàn)大得多的面積，并實(shí)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只有依靠光電傳感器才能解決的應(yīng)用中受到廣泛歡迎。在傳統(tǒng)上，這些應(yīng)用還需要昂貴的配件，以及能夠確保目標(biāo)物體始終以同一位置和姿態(tài)出現(xiàn)的精確運(yùn)動控制。 此外，由于一個基本視覺傳感器的成本僅相當(dāng)于數(shù)個具有較貴配件的光電傳感器，因此價(jià)格已不再是問題。 視覺傳感器為應(yīng)用的切換提供了無與倫比的靈活性。例如，生產(chǎn)工序的切換（從單份裝酸奶切換成冰淇淋桶）可能僅需數(shù)秒鐘，并且可遙控完成。附加的檢驗(yàn)條件可輕松地添加到此應(yīng)用中。 人工檢驗(yàn)和視覺傳感器之比較 無論工廠自動化有何進(jìn)步，許多檢驗(yàn)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(yàn)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(yàn)。 不斷擴(kuò)展的應(yīng)用范圍 視覺傳感器的低成本和易用性已吸引機(jī)器設(shè)計(jì)師和工藝工程師將其集成入各類曾經(jīng)依賴人工、多個光電傳感器，或根本不檢驗(yàn)的應(yīng)用領(lǐng)域。視覺傳感器的工業(yè)應(yīng)用包括檢驗(yàn)、計(jì)量、測量、定向、瑕疵檢測和分檢。以下只是一些應(yīng)用范例： 1．在汽車組裝廠，檢驗(yàn)由機(jī)器人涂抹到車門邊框的膠珠是否連續(xù)，是否有正確的寬度。 2．在瓶裝廠，檢驗(yàn)瓶蓋是否正確密封、裝灌液位是否正確，以及在封蓋之前沒有異物掉入瓶中。 3．在包裝生產(chǎn)線，確保在正確的位置粘貼正確的包裝標(biāo)簽。 4．在藥品包裝生產(chǎn)線，檢驗(yàn)阿斯匹林藥片的泡罩式包裝中是否有破損或缺失的藥片。 5．在金屬沖壓公司，以每分鐘逾150片的速度檢驗(yàn)沖壓部件——比人工檢驗(yàn)快13倍以上。 結(jié)論 對于視覺傳感器而言，這是一個激動人心的時刻。曾經(jīng)需要大量專業(yè)知識的技術(shù)，現(xiàn)在變得經(jīng)濟(jì)、易用。采用該技術(shù)的未來產(chǎn)品開發(fā)將繼續(xù)此趨勢?，F(xiàn)在的挑戰(zhàn)是如何讓各個行業(yè)意識到視覺傳感器在所有制造領(lǐng)域的潛力，其中包括質(zhì)量控制、測量和檢驗(yàn)流程。