機器視覺的起步從20世紀80年代開始，到目前為止，從技術(shù)發(fā)展的角度講，已經(jīng)經(jīng)歷了大約3個發(fā)展階段。第一階段是色差傳感器階段；第二階段是各種視頻卡紛起階段；第三階段是嵌入式視覺系統(tǒng)和視頻卡并存的階段。根據(jù)這幾年的發(fā)展來看，在今后的幾年是視覺發(fā)展的重要階段，而嵌入式系統(tǒng)也將扮演越來越重要的角色。 目前全球整個視覺市場總量大概在60～70 億美元，主要集中在歐美和日本，在中國大約有1～2億美元的市場。按照我國的GDP增長速度8％來說，其中工業(yè)增長的份額為20％～30％，按照保守的估計，視覺的增長速度不應(yīng)該低于10％～15％。 首先我們來了解一下機器視覺和機器視覺系統(tǒng)的定義。顧名思義，機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統(tǒng)是指通過機器視覺產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將要檢測的目標轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，這些數(shù)字量信號再傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)（分嵌入式和視頻卡方式），圖像處理系統(tǒng)根據(jù)要檢測的任務(wù)要求來設(shè)置檢測任務(wù)。然后根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。 機器視覺系統(tǒng)的特點是提高生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)線自動化程度。尤其是在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人眼難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。而且機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，是實現(xiàn)計算機集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。 西門子機器視覺系統(tǒng)屬于嵌入式視覺系統(tǒng)，分為VS100系列和VS700系列。VS100系列是專用型視覺產(chǎn)品，SIMATIC VS 100 系列視覺系統(tǒng)用于特定的圖像處理任務(wù)。SIMATIC VS 110用于輪廓檢測、SIMATIC VS 120目標查找和搜索、SIMATIC VS 130二維碼的檢測。傳感器通過“示教”而非編程進行和配置，因而不需要專門的圖像處理知識且價格低廉。 IMATIC VS 700系列通用視覺系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢測和質(zhì)量控制。這種通用系統(tǒng)可以通過編程完成圖像采集、圖像處理、負載驅(qū)動以及聯(lián)網(wǎng)通訊（通過PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)）等所有功能－非常適宜于在一個測試循環(huán)中完成許多的測試任務(wù)。正是由于機器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動處理，也易于同設(shè)計信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，人們將機器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。在中國，這種應(yīng)用也在逐漸被認知，且?guī)碜钪苯拥姆磻?yīng)就是國內(nèi)對于機器視覺的需求將越來越多。 西門子視覺系統(tǒng)在煙草行業(yè)的應(yīng)用 煙草行業(yè)在中國是一個很大的行業(yè)，每年都可以為政府創(chuàng)造大量的稅收和就業(yè)機會。云南是中國煙草行業(yè)中最重要的省份，在該省有許多大的煙草企業(yè)，例如曲靖煙廠、玉溪煙廠、紅河煙廠等。這些企業(yè)的管理層高度重視產(chǎn)品的質(zhì)量，他們也愿意選用最好的自動化設(shè)備來提升他們產(chǎn)品的質(zhì)量。而煙機是自動化領(lǐng)域中最復(fù)雜的機器之一，同時香煙的生產(chǎn)速度又非常快。例如，軟包線的生產(chǎn)速度是360包/分鐘，由于生產(chǎn)速度很快且產(chǎn)品的包裝又非常軟，所以，在生產(chǎn)過程中有許多不合格品產(chǎn)生。及時發(fā)現(xiàn)不合格品并將其剔除是非常重要的，否則不合格品將會流到下一道工序并被包裝和裝箱并流入市場。對于不合格品，盡管它不影響使用，但它會降低用戶的滿意度，用時也會削弱品牌價值和產(chǎn)品信譽度，而所有這些絕對是管理層所不愿意看到的。對于香煙的包裝檢測，主要有以下3類： ■ 軟包檢測 ■ 硬包檢測 ■ 條盒檢測 由于軟包的外包裝比較軟，容易變形，所以檢測軟包是所有檢測中最難的。對于軟包，一個最主要的問題是表面破損。而檢測主要包含商標打?。ㄊ欠衤┯。较蚴欠裾_，位置是否正確）；頂部小花（是否漏印，方向是否正確，位置是否正確）；頂部和底部的內(nèi)部包裝質(zhì)量，內(nèi)包裝和外包裝的相關(guān)位置檢測等。因為生產(chǎn)線的速度非?？欤?包/秒）而檢測任務(wù)又非常復(fù)雜和緊急，因此用人工在生產(chǎn)線上發(fā)現(xiàn)不合格品并將其剔除是不可能的。 目前的檢測方式是人工抽檢。也就是說，實際上無法在線檢測。而結(jié)果就是有很多的不合格品流入市場，但管理層卻無法控制也無法知道具體數(shù)量。對于高速的應(yīng)用場合，機器視覺是唯一的解決方案。我們提供西門子新一代機器視覺VS720系列。 該系統(tǒng)使用智能視覺傳感器替代人眼來完成檢測任務(wù)和邏輯運算工作，該視覺傳感器在0.4毫秒內(nèi)捕捉圖像并將其發(fā)送到內(nèi)部處理器中。經(jīng)處理器數(shù)字化后，該機器視覺系統(tǒng)就可以評估其顏色、表面和尺寸等。根據(jù)其計算結(jié)果，通過外部接口信號我們就可以實現(xiàn)設(shè)備對煙盒的自動檢測和剔除。 選用機器視覺系統(tǒng)，我們可以做到： ■ 減少產(chǎn)品周轉(zhuǎn)費用 ■ 縮短機器停工期 ■ 提升產(chǎn)品質(zhì)量 對于煙包檢測，我們使用兩個視覺傳感器分別對煙包的前部、后部、左部、右部和頂部5個面進行圖像捕捉，然后用定位分析“軟傳感器”（VS720系列軟件Spectation 功能）確定軟包的邊緣，根據(jù)確定邊緣后的實際位置來進行檢測任務(wù)。例如，對于頂部的圖像，我們采用諸如密度、特征值計數(shù)、模板匹配、測量等“軟傳感器”來實現(xiàn)檢測任務(wù)。檢測結(jié)果輸出到S7 300 PLC，該控制器進行編程來完成對剔除裝置的控制，輸出信號到執(zhí)行系統(tǒng)-氣閥來剔除不合格品。 經(jīng)過在線調(diào)試后，我們獲得了滿意的結(jié)果。幾乎全部標記過不合格品被全部剔除?，F(xiàn)在，實際的不合格率并不高，估計在1%或更低。在正常生產(chǎn)過程中，每秒可生產(chǎn)6包煙，以每天12小時生產(chǎn)計算，每天可生產(chǎn)約265000包，所以說每天的不合格品數(shù)量還是比較高。 應(yīng)用該系統(tǒng)可保證不合格品不流入市場，這樣就可以提升產(chǎn)品等級，用戶的滿意度和潛在的品牌價值，當然也可以降低回收的費用。該項目成功應(yīng)用后，我們有理由期待機器視覺在煙草行業(yè)有更多的應(yīng)用。 西門子視覺系統(tǒng)的特點 ■ 西門子VS100——智能實施方案 隨著西門子VS100套件的出現(xiàn)，西門子已經(jīng)步入一個全新的設(shè)備范疇。該范疇包括檢查小零件的形式、型號和位置，也包括按ECC200閱讀2維代碼。并以此為目的設(shè)計了VS110、VS120和VS130視圖傳感器，它是一個完整的器件，包括照明單元、控制單元、傳感器和電纜線。 所有VS100范圍內(nèi)的視圖傳感器都是即插即用的，簡單易學(xué)，無需專門的培訓(xùn)指導(dǎo)。由于該系統(tǒng)是“示教”而不用編程，因此即便是非專業(yè)人士也可毫不費力地掌握圖像處理。使用掉電保護可以保存多達15種不同的檢測程序，并可以快速轉(zhuǎn)換到其他型號或類型。得益于系統(tǒng)傳感器工藝設(shè)計的緊湊，使得西門子VS100家族的產(chǎn)品可以與多種傳輸系統(tǒng)，諸如振蕩傳輸系統(tǒng)、傳送帶或者卡具相連。此外，一些標準接口如RS232、Profibus、工業(yè)以太網(wǎng)使得視圖傳感器能夠靈活、簡便地集成到復(fù)雜的自動控制環(huán)境中。 ■ 西門子VS720——為專門需求量身定做 新型VS720生產(chǎn)線專門用于處理更為復(fù)雜的任務(wù)，是西門子VS700通用攝像套件的完美補充，增強了西門子在靈活，通用系統(tǒng)領(lǐng)域中的地位。所有功能，比如圖像捕捉、圖像加工、最終結(jié)果的生成以及通信都是結(jié)合在一個緊湊的過程中的，是在一個檢測周期進行幾種檢測任務(wù)的理想方案。 新套件目前包含有6個智能攝像機滿足機器視覺的不同需求，例如自動檢測、生產(chǎn)監(jiān)視和零件識別。VS721 CMOS和VS722基本型代表了適用于大批"常規(guī)"任務(wù)、較為經(jīng)濟的解決方案。而帶有CMOS攝像頭的VS721，特別適用于精度要求不是非常高而價格比較經(jīng)濟的場合。VS723是一臺用于高速攝影的攝像機，例如包裝技術(shù)領(lǐng)域，以及眾多需要執(zhí)行性能檢測任務(wù)的領(lǐng)域，例如表面檢測。VS724是高分辨率攝像機，提供高達130萬像素，能拍攝非常詳細的圖像，因此非常適合需要高精度的檢測任務(wù)。VS725彩色專門用于另外的應(yīng)用領(lǐng)域。由于該系統(tǒng)具備分析色彩和檢測特定色彩值的能力，因此可以通過彩色碼，安全、可靠地區(qū)分零部件，檢測標簽的打印色或是識別膠珠。 ■ 面向自動化世界 VS720系列中的攝像機提供1個集成以太網(wǎng)接口和8個可自由配置的數(shù)字輸入、輸出端。攝像機可以很容易地通過以太網(wǎng)連接到網(wǎng)絡(luò)上，并接受幾乎任何一臺PC機的訪問，因此極大地簡化了設(shè)備的維護和診斷。VS鏈接接口模塊可以在一臺監(jiān)視器顯示幾個攝像機所拍攝的圖像。也可以通過Profibus與連接模塊相連，這樣可以省去用做監(jiān)測功能的另外的PC機。而且，由工業(yè)以太網(wǎng)提供的帶寬，能使質(zhì)量數(shù)據(jù)和故障圖像快速在外部設(shè)備上做備份。 Simatic組態(tài)軟件由于具有很多檢測功能，它能提供用戶友好的方法來建立定制的圖像處理解決方案，即在無攝像機連接時，可以使用仿真器來進行組態(tài)。