照明设备与摄像机促进包装业生产力发展

来源：Automationworld Vision providers see a growing market in packaging line inspection, and they are going after it with 21st century products that are smart, tough and easier to deploy. 由于视觉设备在包装线检查中快速增长的市场应用前景，视觉设备提供商随之推出了智能，耐用，便于使用的21世纪新产品。 19世纪80年代的生产制造商们，尤其是汽车行业的生产制造商一定对当时掀起的视觉系统热潮记忆犹新。短短几年之后，这项当年被称为机器视觉的较新技术再次引领潮流。基于检验系统的视觉技术被寄予厚望，同时期望可以降低其产品价格。但是当事实证明这项技术在很多系统中难以进行操作和维护时，很多客户开始打退堂鼓。Banner Engineering公司位于美国Minneapolis，该公司负责视觉产品的企业营销经理Jeff Schmitz用一句话进行了概括，“80年代末，视觉技术期望过高而发展不足。” 对视觉设备生产制造商及其用户来说，幸运的是上述情况目前已有所改观。“这些年来各个领域的潜在技术都有了长足发展，”位于Yardley, Pa.的Vision Systems International公司的总裁兼视觉设备顾问Nello Zuech说，“就拿摄像机来说，我们现在研制出了低成本的晶体管摄像机。在80年代末90年代初由于晶体管摄像机价格非常昂贵因而很少使用。于是人们使用真空管摄像机来代替，但是真空管摄像机不适用于工业生产环境。这种新型晶体管摄像机提供了更高的分辨率，使得用户可以获得更高的检测灵敏度。 Zuech补充道，数字式摄像机良好的连通性使得不费吹灰之力就可以将一台个人电脑（PC）转换成一个机器视觉系统。如果需要的话，可以将智能视频处理卡插入PC机中从而保证它能处理尽可能多的信息，如果不能处理所有信息，推荐进行图像处理任务。 揭开照明设备神秘面纱 很多早期的视觉技术应用的产物之一照明设备现在也已经得到简化。在以前，应用必须分阶段进行——即首先装配照明设备和摄像机，对一部分区域进行监控，进而推测其他区域的正确参数，对这些区域进行检查通常是一项非常困难而且耗时的工作。一旦系统开始运行，设备周围的照明或大气状况通常会提供精确的基准照明从而构成闭环控制。现在的情形已经大不相同。计算能力的不断增强允许视觉系统提供商使用能够更好的处理照明系统变量的软件算法。今天的照明元件具有更高的稳定性，并且可以根据不同的应用提供不同的功能。视觉应用系统的照明信息可以方便的通过网络或其他方式获得。Banner Engineering公司的Schmitz说，总而言之，照明设备已揭开其神秘面纱。 现在视觉系统已经具有更加强大的功能，然而，在不同行业中的应用水平却存在巨大的差异，这就是包装行业成为视觉系统应用温床的原因所在。位于Billerica,Mass.的Dalsa Digital Imaging 集团旗下的ipd公司负责人Steve Geraghty认为，“包装行业要求能够大量生产更为小巧精致的包装，随着视觉技术的进步，现在视觉技术的成本更低，使用更加方便并能满足现在包装业的需求。” 功能挑战 美国食品药物管理局（Food and Drug Administration）2001年出台的过敏源法规（Sec.555.250 Statement of Policy Labeling and Preventing Cross-contact of Common Food Allergens）和2002年出台的Bioterrorism法案提高了对包装的要求。FDA（Food and Drug Administration）的过敏源法规规定，与任何8种过敏源（在美国每年大概有90%的过敏反应由这8种过敏源引起）之一接触的食品必须明码标明。Bioterrorism法案制定的被称为“退一步，进一步”的规定，即食品链的每一个环节必须能够追溯到它的上一个环节，并能追踪到食品链的下一个环节。 “关键问题是可追踪性”，位于Natick Mass.的Cognex集团是一个视觉设备供应商，该公司的内置式视觉传感器产品市场专家Blake DeFrance说，“而且事实证明视觉系统在这个领域具有无法估量的价值，”DeFrance继续说道，“他们可以通过获取并存储图像或条形码进行追溯和追踪。此外，通过识别条形码，视觉系统还可以进行质量和产品安全性检验操作。它可以显示安全环是否安装及是否正确安装。它可以检验标签是否正确贴在产品容器上。由于异物一般漂浮在液体表面，所以它还可以通过检验液体的注满程度检查液体中是否有异物。它可以进行有助于提高产量的分类和升级操作。所有这些是激光条形码永远无法提供给用户的。”DeFrance认为，既使在读取条形码方面，视觉系统也具有独特的优势：视觉系统可以方便的读取二维的条形码，而配备一个能完成同样功能的激光条形码阅读器是非常昂贵的。 DeFrance说，随着视觉系统在包装业中越来越多的重要应用，出现了一系列的视觉产品，例如价格低廉且使用简易的视觉传感器。Zuech顾问也同意这个看法。“视觉传感器是视觉产品的最基本应用。他们可以成功的检验存在/缺失问题并进行一系列其他的操作。现在的视觉传感器性能可与15年或20年前的全能视觉系统性能相比拟甚至更优。20年前的期望如今已经梦想成真。” 1,000美元更换新产品 在包装行业，视觉传感器正在逐步取代光电传感器的应用。数十年来，光电传感器成功地实现了一系列的包装线功能。问题在于，光电传感器的应用受到其单光束问题及缺少计算能力的限制。视觉传感器具有获取和分析多像素点图像的能力，适合于处理更多的检验活动，从而使得更高水平的质量检验和可追踪性能成为可能。那么这类迷你视觉系统的成本是多少呢？很多这类产品价格大约为1000美元，他们拥有一个耐用但非典型性的以前的视觉产品。当然，这类低成本器件不可能具备全能视觉系统所具有的所有功能。最主要的限制在于线速度。如果被监控的物品在一个高速传动的生产线上，视觉传感器的曝光频率不够高可能使得无法正确获取所需的所有细节信息。而且，在更加复杂的检验诸如多个检验操作同时进行的场合要求更多的处理时间，传感器的速度随之变慢。 然而，可以通过采取一定的措施来扩展这些功能强大的器件的应用范围。通过增加光强来减少曝光时间从而允许视觉传感器处理超出它正常处理范围的线速度。另外复杂的检验过程可以根据其组成结构分解成几部分由2个或者更多的视觉传感器来处理。例如，一个视觉传感器可能在处理一个规定的填充检验的同时还要进行标签检查。与本文一开始提到的过去常见的精密不可靠视觉设备不同，视觉传感器非常耐用。 “我们提供的视觉传感器具有IP67级别，这意味着它们可以进行潜水工作，”Sick Inc.公司Minneapolis地区包装行业销售工程师Jim Anderson说。“当包装生产线频繁被水冲刷时，这个特点在包装生产应用中就成为了一个极具诱惑的附加筹码。”其他的视觉传感器提供商业也纷纷标明了他们产品的IP级别，对工厂设备的耐用性提出一项明确的指标的需求也是业界的前车之鉴。Anderson补充道，他们公司的智能“摄像机”具有IP65级别，这表明在未沉入水中时，它们可以在操作运作过程中直接在水中进行清洗作业，这使得它们成为包装生产线检验操作诱人的选择。 智能摄像机 智能摄像机是新一代的视觉产品。“智能摄像机将所有的数据处理和照明设备集成在了一个模块中，”Anderson说，“而且这类系统编程越来越简单，用户界面也更加友好。”目前有几家服务提供商可以提供这类精巧的智能摄像机，它们具有更高的在线智能。事实上，一部分智能摄像机可以处理现在大部分的计算密集型应用。 尽管它们使用更加方便，但是用于智能摄像机的可编程数字信号处理器（DSP）或现场可编程逻辑门阵列（FPGA）对于那些不熟悉这些技术的编程人员来说，开发起来仍会花费大量时间，开发周期很长。但是，智能摄像机若使用通用处理器诸如Pentium Mobile，处理器的发热又会影响图像精度。因此，将先进的功能与相对较低的价格相结合逐步为这类器件赢得了市场，并保证了技术的可持续性发展。 摄像机不管是作为单机智能系列产品还是传统视觉系统的一部分都有望在基于视觉的检验的发展改革中发挥更加重大的作用。3D摄像机的发展趋势对包装行业具有特殊的重大意义。阻碍3D摄像机发展的一个原因是由于他们比2D摄像机更加复杂，另一个原因是3D摄像机编程更加困难。由于软件编程技术的进步，目前这种情况有所改观。未来的3D摄像机将朝着使用方便，价格低廉的方向发展。而包装生产商又为何要关注这些呢？例如，如果你正在包装火鸡，肉类，烘烤类食品或任意一种其他的食品，产品的数量将是关注的焦点所在。 市场观察 市面上还有哪些视觉系统摄像机呢？没有人可以给出一个确定的回答，我们通过市场调查就可以对视觉系统摄像机的未来走向略窥一斑。在摄像机商店甚至是杂货店你都可以看到小巧、便宜的数字化摄像机，它们都具有很高的分辨率，且功能逐步增强完善。走入手机商店或食品店这类青年人经常出没的地方，你就会发现今年所有的手机图片都比去年的样式更加引人注目。在电脑商店徜徉，你可以学会怎样使用你的个人电脑（PC）将现场视频（甚至是摘自该视频的静态图片）传送到世界上任何一个角落。 位于Austin,Texas的National Instruments公司的视觉产品市场工程师Matthew Slaughter补充道，如果我们希望了解视觉系统的未来发展前景，那么我们也应该关注其软件和通信功能。“视觉设备在包装行业的应用能够持续增长的原因就在于视觉设备为检验产品提供了一种更为行之有效的方法并且视觉系统的使用日趋简单。这种使用的简单化首先应归功于现在可用的软件技术，在过去，这些任务几乎必须由技术高超的黑客来完成，”现在，Slaughter说，功能强大的函数库和可视化编程环境已经极大的简化了很多编程任务。 “这的确是一种高科技产品，”Cognex公司的DeFrance总结道。每个人都应致力于使视觉系统使用更加方便。那么成功指日可待。”