機(jī)器視覺(jué)的起步從20世紀(jì)80年代開(kāi)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(gè)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(jué)系統(tǒng)和視頻卡并存的階段。根據(jù)這幾年的發(fā)展來(lái)看，在今后的幾年是視覺(jué)發(fā)展的重要階段，而嵌入式系統(tǒng)也將扮演越來(lái)越重要的角色。 目前全球整個(gè)視覺(jué)市場(chǎng)總量大概在60～70 億美元，主要集中在歐美和日本，在中國(guó)大約有1～2億美元的市場(chǎng)。按照我國(guó)的GDP增長(zhǎng)速度8％來(lái)說(shuō)，其中工業(yè)增長(zhǎng)的份額為20％～30％，按照保守的估計(jì)，視覺(jué)的增長(zhǎng)速度不應(yīng)該低于10％～15％。 首先我們來(lái)了解一下機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的定義。顧名思義，機(jī)器視覺(jué)就是用機(jī)器代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將要檢測(cè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，這些數(shù)字量信號(hào)再傳送給專(zhuān)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(cè)的任務(wù)要求來(lái)設(shè)置檢測(cè)任務(wù)。然后根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化程度。尤其是在一些不適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人眼難以滿(mǎn)足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用人工視覺(jué)檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。而且機(jī)器視覺(jué)易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。 西門(mén)子機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)屬于嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)，分為VS100系列和VS700系列。VS100系列是專(zhuān)用型視覺(jué)產(chǎn)品，SIMATIC VS 100 系列視覺(jué)系統(tǒng)用于特定的圖像處理任務(wù)。SIMATIC VS 110用于輪廓檢測(cè)、SIMATIC VS 120目標(biāo)查找和搜索、SIMATIC VS 130二維碼的檢測(cè)。傳感器通過(guò)“示教”而非編程進(jìn)行和配置，因而不需要專(zhuān)門(mén)的圖像處理知識(shí)且價(jià)格低廉。 IMATIC VS 700系列通用視覺(jué)系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè)和質(zhì)量控制。這種通用系統(tǒng)可以通過(guò)編程完成圖像采集、圖像處理、負(fù)載驅(qū)動(dòng)以及聯(lián)網(wǎng)通訊（通過(guò)PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)）等所有功能－非常適宜于在一個(gè)測(cè)試循環(huán)中完成許多的測(cè)試任務(wù)。正是由于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，人們將機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。在中國(guó)，這種應(yīng)用也在逐漸被認(rèn)知，且?guī)?lái)最直接的反應(yīng)就是國(guó)內(nèi)對(duì)于機(jī)器視覺(jué)的需求將越來(lái)越多。 西門(mén)子視覺(jué)系統(tǒng)在煙草行業(yè)的應(yīng)用 煙草行業(yè)在中國(guó)是一個(gè)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(jī)會(huì)。云南是中國(guó)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(chǎng)、玉溪煙廠(chǎng)、紅河煙廠(chǎng)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(dòng)化設(shè)備來(lái)提升他們產(chǎn)品的質(zhì)量。而煙機(jī)是自動(dòng)化領(lǐng)域中最復(fù)雜的機(jī)器之一，同時(shí)香煙的生產(chǎn)速度又非常快。例如，軟包線(xiàn)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(guò)程中有許多不合格品產(chǎn)生。及時(shí)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(huì)流到下一道工序并被包裝和裝箱并流入市場(chǎng)。對(duì)于不合格品，盡管它不影響使用，但它會(huì)降低用戶(hù)的滿(mǎn)意度，用時(shí)也會(huì)削弱品牌價(jià)值和產(chǎn)品信譽(yù)度，而所有這些絕對(duì)是管理層所不愿意看到的。對(duì)于香煙的包裝檢測(cè)，主要有以下3類(lèi)： ■ 軟包檢測(cè) ■ 硬包檢測(cè) ■ 條盒檢測(cè) 由于軟包的外包裝比較軟，容易變形，所以檢測(cè)軟包是所有檢測(cè)中最難的。對(duì)于軟包，一個(gè)最主要的問(wèn)題是表面破損。而檢測(cè)主要包含商標(biāo)打?。ㄊ欠衤┯?，方向是否正確，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(cè)等。因?yàn)樯a(chǎn)線(xiàn)的速度非?？欤?包/秒）而檢測(cè)任務(wù)又非常復(fù)雜和緊急，因此用人工在生產(chǎn)線(xiàn)上發(fā)現(xiàn)不合格品并將其剔除是不可能的。 目前的檢測(cè)方式是人工抽檢。也就是說(shuō)，實(shí)際上無(wú)法在線(xiàn)檢測(cè)。而結(jié)果就是有很多的不合格品流入市場(chǎng)，但管理層卻無(wú)法控制也無(wú)法知道具體數(shù)量。對(duì)于高速的應(yīng)用場(chǎng)合，機(jī)器視覺(jué)是唯一的解決方案。我們提供西門(mén)子新一代機(jī)器視覺(jué)VS720系列。 該系統(tǒng)使用智能視覺(jué)傳感器替代人眼來(lái)完成檢測(cè)任務(wù)和邏輯運(yùn)算工作，該視覺(jué)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(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)就可以評(píng)估其顏色、表面和尺寸等。根據(jù)其計(jì)算結(jié)果，通過(guò)外部接口信號(hào)我們就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備對(duì)煙盒的自動(dòng)檢測(cè)和剔除。 選用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，我們可以做到： ■ 減少產(chǎn)品周轉(zhuǎn)費(fèi)用 ■ 縮短機(jī)器停工期 ■ 提升產(chǎn)品質(zhì)量 對(duì)于煙包檢測(cè)，我們使用兩個(gè)視覺(jué)傳感器分別對(duì)煙包的前部、后部、左部、右部和頂部5個(gè)面進(jìn)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(shí)際位置來(lái)進(jìn)行檢測(cè)任務(wù)。例如，對(duì)于頂部的圖像，我們采用諸如密度、特征值計(jì)數(shù)、模板匹配、測(cè)量等“軟傳感器”來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)任務(wù)。檢測(cè)結(jié)果輸出到S7 300 PLC，該控制器進(jìn)行編程來(lái)完成對(duì)剔除裝置的控制，輸出信號(hào)到執(zhí)行系統(tǒng)-氣閥來(lái)剔除不合格品。 經(jīng)過(guò)在線(xiàn)調(diào)試后，我們獲得了滿(mǎn)意的結(jié)果。幾乎全部標(biāo)記過(guò)不合格品被全部剔除。現(xiàn)在，實(shí)際的不合格率并不高，估計(jì)在1%或更低。在正常生產(chǎn)過(guò)程中，每秒可生產(chǎn)6包煙，以每天12小時(shí)生產(chǎn)計(jì)算，每天可生產(chǎn)約265000包，所以說(shuō)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(chǎng)，這樣就可以提升產(chǎn)品等級(jí)，用戶(hù)的滿(mǎn)意度和潛在的品牌價(jià)值，當(dāng)然也可以降低回收的費(fèi)用。該項(xiàng)目成功應(yīng)用后，我們有理由期待機(jī)器視覺(jué)在煙草行業(yè)有更多的應(yīng)用。 西門(mén)子視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn) ■ 西門(mén)子VS100——智能實(shí)施方案 隨著西門(mén)子VS100套件的出現(xiàn)，西門(mén)子已經(jīng)步入一個(gè)全新的設(shè)備范疇。該范疇包括檢查小零件的形式、型號(hào)和位置，也包括按ECC200閱讀2維代碼。并以此為目的設(shè)計(jì)了VS110、VS120和VS130視圖傳感器，它是一個(gè)完整的器件，包括照明單元、控制單元、傳感器和電纜線(xiàn)。 所有VS100范圍內(nèi)的視圖傳感器都是即插即用的，簡(jiǎn)單易學(xué)，無(wú)需專(zhuān)門(mén)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(zhuān)業(yè)人士也可毫不費(fèi)力地掌握?qǐng)D像處理。使用掉電保護(hù)可以保存多達(dá)15種不同的檢測(cè)程序，并可以快速轉(zhuǎn)換到其他型號(hào)或類(lèi)型。得益于系統(tǒng)傳感器工藝設(shè)計(jì)的緊湊，使得西門(mén)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(biāo)準(zhǔn)接口如RS232、Profibus、工業(yè)以太網(wǎng)使得視圖傳感器能夠靈活、簡(jiǎn)便地集成到復(fù)雜的自動(dòng)控制環(huán)境中。 ■ 西門(mén)子VS720——為專(zhuān)門(mén)需求量身定做 新型VS720生產(chǎn)線(xiàn)專(zhuān)門(mén)用于處理更為復(fù)雜的任務(wù)，是西門(mén)子VS700通用攝像套件的完美補(bǔ)充，增強(qiáng)了西門(mén)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(gè)緊湊的過(guò)程中的，是在一個(gè)檢測(cè)周期進(jìn)行幾種檢測(cè)任務(wù)的理想方案。 新套件目前包含有6個(gè)智能攝像機(jī)滿(mǎn)足機(jī)器視覺(jué)的不同需求，例如自動(dòng)檢測(cè)、生產(chǎn)監(jiān)視和零件識(shí)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(jì)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(jià)格比較經(jīng)濟(jì)的場(chǎng)合。VS723是一臺(tái)用于高速攝影的攝像機(jī)，例如包裝技術(shù)領(lǐng)域，以及眾多需要執(zhí)行性能檢測(cè)任務(wù)的領(lǐng)域，例如表面檢測(cè)。VS724是高分辨率攝像機(jī)，提供高達(dá)130萬(wàn)像素，能拍攝非常詳細(xì)的圖像，因此非常適合需要高精度的檢測(cè)任務(wù)。VS725彩色專(zhuān)門(mén)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(cè)特定色彩值的能力，因此可以通過(guò)彩色碼，安全、可靠地區(qū)分零部件，檢測(cè)標(biāo)簽的打印色或是識(shí)別膠珠。 ■ 面向自動(dòng)化世界 VS720系列中的攝像機(jī)提供1個(gè)集成以太網(wǎng)接口和8個(gè)可自由配置的數(shù)字輸入、輸出端。攝像機(jī)可以很容易地通過(guò)以太網(wǎng)連接到網(wǎng)絡(luò)上，并接受幾乎任何一臺(tái)PC機(jī)的訪(fǎng)問(wèn)，因此極大地簡(jiǎn)化了設(shè)備的維護(hù)和診斷。VS鏈接接口模塊可以在一臺(tái)監(jiān)視器顯示幾個(gè)攝像機(jī)所拍攝的圖像。也可以通過(guò)Profibus與連接模塊相連，這樣可以省去用做監(jiān)測(cè)功能的另外的PC機(jī)。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(cè)功能，它能提供用戶(hù)友好的方法來(lái)建立定制的圖像處理解決方案，即在無(wú)攝像機(jī)連接時(shí)，可以使用仿真器來(lái)進(jìn)行組態(tài)。