照明設備與攝像機促進包裝業(yè)生產力發(fā)展
| 來源：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. 由于視覺設備在包裝線檢查中快速增長的市場應用前景，視覺設備提供商隨之推出了智能，耐用，便于使用的21世紀新產品。 19世紀80年代的生產制造商們，尤其是汽車行業(yè)的生產制造商一定對當時掀起的視覺系統(tǒng)熱潮記憶猶新。短短幾年之后，這項當年被稱為機器視覺的較新技術再次引領潮流?；跈z驗系統(tǒng)的視覺技術被寄予厚望，同時期望可以降低其產品價格。但是當事實證明這項技術在很多系統(tǒng)中難以進行操作和維護時，很多客戶開始打退堂鼓。Banner Engineering公司位于美國Minneapolis，該公司負責視覺產品的企業(yè)營銷經理Jeff Schmitz用一句話進行了概括，“80年代末，視覺技術期望過高而發(fā)展不足?！? 對視覺設備生產制造商及其用戶來說，幸運的是上述情況目前已有所改觀?！斑@些年來各個領域的潛在技術都有了長足發(fā)展，”位于Yardley, Pa.的Vision Systems International公司的總裁兼視覺設備顧問Nello Zuech說，“就拿攝像機來說，我們現(xiàn)在研制出了低成本的晶體管攝像機。在80年代末90年代初由于晶體管攝像機價格非常昂貴因而很少使用。于是人們使用真空管攝像機來代替，但是真空管攝像機不適用于工業(yè)生產環(huán)境。這種新型晶體管攝像機提供了更高的分辨率，使得用戶可以獲得更高的檢測靈敏度。 Zuech補充道，數(shù)字式攝像機良好的連通性使得不費吹灰之力就可以將一臺個人電腦（PC）轉換成一個機器視覺系統(tǒng)。如果需要的話，可以將智能視頻處理卡插入PC機中從而保證它能處理盡可能多的信息，如果不能處理所有信息，推薦進行圖像處理任務。 揭開照明設備神秘面紗 很多早期的視覺技術應用的產物之一照明設備現(xiàn)在也已經得到簡化。在以前，應用必須分階段進行——即首先裝配照明設備和攝像機，對一部分區(qū)域進行檢控，進而推測其他區(qū)域的正確參數(shù)，對這些區(qū)域進行檢查通常是一項非常困難而且耗時的工作。一旦系統(tǒng)開始運行，設備周圍的照明或大氣狀況通常會提供精確的基準照明從而構成閉環(huán)控制。現(xiàn)在的情形已經大不相同。計算能力的不斷增強允許視覺系統(tǒng)提供商使用能夠更好的處理照明系統(tǒng)變量的軟件算法。今天的照明元件具有更高的穩(wěn)定性，并且可以根據(jù)不同的應用提供不同的功能。視覺應用系統(tǒng)的照明信息可以方便的通過網(wǎng)絡或其他方式獲得。Banner Engineering公司的Schmitz說，總而言之，照明設備已揭開其神秘面紗。 是的，現(xiàn)在視覺系統(tǒng)已經具有更加強大的功能，然而，在不同行業(yè)中的應用水平卻存在巨大的差異，這就是包裝行業(yè)成為視覺系統(tǒng)應用溫床的原因所在。位于Billerica,Mass.的Dalsa Digital Imaging 集團旗下的ipd公司負責人Steve Geraghty認為，“包裝行業(yè)要求能夠大量生產更為小巧精致的包裝，隨著視覺技術的進步，現(xiàn)在視覺技術的成本更低，使用更加方便并能滿足現(xiàn)在包裝業(yè)的需求。” 功能挑戰(zhàn) 美國食品藥物管理局（Food and Drug Administration）2001年出臺的過敏源法規(guī)（Sec.555.250 Statement of Policy Labeling and Preventing Cross-contact of Common Food Allergens）和2002年出臺的Bioterrorism法案提高了對包裝的要求。FDA（Food and Drug Administration）的過敏源法規(guī)規(guī)定，與任何8種過敏源（在美國每年大概有90%的過敏反應由這8種過敏源引起）之一接觸的食品必須明碼標明。Bioterrorism法案制定的被稱為“退一步，進一步”的規(guī)定，即食品鏈的每一個環(huán)節(jié)必須能夠追溯到它的上一個環(huán)節(jié)，并能追蹤到食品鏈的下一個環(huán)節(jié)。 “關鍵問題是可追蹤性”，位于Natick Mass.的Cognex集團是一個視覺設備供應商，該公司的內置式視覺傳感器產品市場專家Blake DeFrance說，“而且事實證明視覺系統(tǒng)在這個領域具有無法估量的價值，”DeFrance繼續(xù)說道，“他們可以通過獲取并存儲圖像或條形碼進行追溯和追蹤。此外，通過識別條形碼，視覺系統(tǒng)還可以進行質量和產品安全性檢驗操作。它可以顯示安全環(huán)是否安裝及是否正確安裝。它可以檢驗標簽是否正確貼在產品容器上。由于異物一般漂浮在液體表面，所以它還可以通過檢驗液體的注滿程度檢查液體中是否有異物。它可以進行有助于提高產量的分類和升級操作。所有這些是激光條形碼永遠無法提供給用戶的?！盌eFrance認為，既使在讀取條形碼方面，視覺系統(tǒng)也具有獨特的優(yōu)勢：視覺系統(tǒng)可以方便的讀取二維的條形碼，而配備一個能完成同樣功能的激光條形碼閱讀器是非常昂貴的。 DeFrance說，隨著視覺系統(tǒng)在包裝業(yè)中越來越多的重要應用，出現(xiàn)了一系列的視覺產品，例如價格低廉且使用簡易的視覺傳感器。Zuech顧問也同意這個看法?！?a >視覺傳感器是視覺產品的最基本應用。他們可以成功的檢驗存在/缺失問題并進行一系列其他的操作?，F(xiàn)在的視覺傳感器性能可與15年或20年前的全能視覺系統(tǒng)性能相比擬甚至更優(yōu)。20年前的期望如今已經夢想成真?！? 1,000美元更換新產品 在包裝行業(yè)，視覺傳感器正在逐步取代光電傳感器的應用。數(shù)十年來，光電傳感器成功地實現(xiàn)了一系列的包裝線功能。問題在于，光電傳感器的應用受到其單光束問題及缺少計算能力的限制。視覺傳感器具有獲取和分析多像素點圖像的能力，適合于處理更多的檢驗活動，從而使得更高水平的質量檢驗和可追蹤性能成為可能。那么這類迷你視覺系統(tǒng)的成本是多少呢？很多這類產品價格大約為1000美元，他們擁有一個耐用但非典型性的以前的視覺產品。當然，這類低成本器件不可能具備全能視覺系統(tǒng)所具有的所有功能。最主要的限制在于線速度。如果被監(jiān)控的物品在一個高速傳動的生產線上，視覺傳感器的曝光頻率不夠高可能使得無法正確獲取所需的所有細節(jié)信息。而且，在更加復雜的檢驗諸如多個檢驗操作同時進行的場合要求更多的處理時間，傳感器的速度隨之變慢。 然而，可以通過采取一定的措施來擴展這些功能強大的器件的應用范圍。通過增加光強來減少曝光時間從而允許視覺傳感器處理超出它正常處理范圍的線速度。另外復雜的檢驗過程可以根據(jù)其組成結構分解成幾部分由2個或者更多的視覺傳感器來處理。例如，一個視覺傳感器可能在處理一個規(guī)定的填充檢驗的同時還要進行標簽檢查。與本文一開始提到的過去常見的精密不可靠視覺設備不同，視覺傳感器非常耐用。 “我們提供的視覺傳感器具有IP67級別，這意味著它們可以進行潛水工作，”Sick Inc.公司Minneapolis地區(qū)包裝行業(yè)銷售工程師Jim Anderson說。“當包裝生產線頻繁被水沖刷時，這個特點在包裝生產應用中就成為了一個極具誘惑的附加籌碼?！逼渌?a >視覺傳感器提供商業(yè)也紛紛標明了他們產品的IP級別，對工廠設備的耐用性提出一項明確的指標的需求也是業(yè)界的前車之鑒。Anderson補充道，他們公司的智能“攝像機”具有IP65級別，這表明在未沉入水中時，它們可以在操作運作過程中直接在水中進行清洗作業(yè)，這使得它們成為包裝生產線檢驗操作誘人的選擇。 智能攝像機 智能攝像機是新一代的視覺產品?！爸悄軘z像機將所有的數(shù)據(jù)處理和照明設備集成在了一個模塊中，”Anderson說，“而且這類系統(tǒng)編程越來越簡單，用戶界面也更加友好?！蹦壳坝袔准曳仗峁┥炭梢蕴峁┻@類精巧的智能攝像機，它們具有更高的在線智能。事實上，一部分智能攝像機可以處理現(xiàn)在大部分的計算密集型應用。 盡管它們使用更加方便，但是用于智能攝像機的可編程數(shù)字信號處理器（DSP）或現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA）對于那些不熟悉這些技術的編程人員來說，開發(fā)起來仍會花費大量時間，開發(fā)周期很長。但是，智能攝像機若使用通用處理器諸如Pentium Mobile，處理器的發(fā)熱又會影響圖像精度。因此，將先進的功能與相對較低的價格相結合逐步為這類器件贏得了市場，并保證了技術的可持續(xù)性發(fā)展。 攝像機不管是作為單機智能系列產品還是傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)的一部分都有望在基于視覺的檢驗的發(fā)展改革中發(fā)揮更加重大的作用。3D攝像機的發(fā)展趨勢對包裝行業(yè)具有特殊的重大意義。阻礙3D攝像機發(fā)展的一個原因是由于他們比2D攝像機更加復雜，另一個原因是3D攝像機編程更加困難。由于軟件編程技術的進步，目前這種情況有所改觀。未來的3D攝像機將朝著使用方便，價格低廉的方向發(fā)展。而包裝生產商又為何要關注這些呢？例如，如果你正在包裝火雞，肉類，烘烤類食品或任意一種其他的食品，產品的數(shù)量將是關注的焦點所在。 市場觀察 市面上還有哪些視覺系統(tǒng)攝像機呢？沒有人可以給出一個確定的回答，我們通過市場調查就可以對視覺系統(tǒng)攝像機的未來走向略窺一斑。在攝像機商店甚至是雜貨店你都可以看到小巧、便宜的數(shù)字化攝像機，它們都具有很高的分辨率，且功能逐步增強完善。走入手機商店或食品店這類青年人經常出沒的地方，你就會發(fā)現(xiàn)今年所有的手機圖片都比去年的樣式更加引人注目。在電腦商店徜徉，你可以學會怎樣使用你的個人電腦（PC）將現(xiàn)場視頻（甚至是摘自該視頻的靜態(tài)圖片）傳送到世界上任何一個角落。 位于Austin,Texas的National Instruments公司的視覺產品市場工程師Matthew Slaughter補充道，如果我們希望了解視覺系統(tǒng)的未來發(fā)展前景，那么我們也應該關注其軟件和通信功能。“視覺設備在包裝行業(yè)的應用能夠持續(xù)增長的原因就在于視覺設備為檢驗產品提供了一種更為行之有效的方法并且視覺系統(tǒng)的使用日趨簡單。這種使用的簡單化首先應歸功于現(xiàn)在可用的軟件技術，在過去，這些任務幾乎必須由技術高超的黑客來完成，”現(xiàn)在，Slaughter說，功能強大的函數(shù)庫和可視化編程環(huán)境已經極大的簡化了很多編程任務。 “這的確是一種高科技產品，”Cognex公司的DeFrance總結道。每個人都應致力于使視覺系統(tǒng)使用更加方便。那么成功指日可待?！?/td> |
