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機器視覺技術內部培訓資料介紹

機器視覺

瓷片窯尾自動分類系統

 

            技術培訓教材

            (內部資料)

目      錄

(一)機器視覺介紹                                                          3

(二)機器視覺技術原理                                                      9

(三)機器視覺在中國                                                        12

(四)LED光源在視覺系統中的應用                                           16

(五)工業數字相機的基礎知識                                                17

(六)工業相機的性能特點                                                    22

(七)瓷磚色差自動分類技術簡介                                              23

一.機器視覺介紹

     機器視覺自起步發展到現在,已有15年的發展歷史。應該說機器視覺作為一種應用系統,其功能特點是隨著工業自動化的發展而逐漸完善和發展的。
  目前全球整個視覺市場總量大概在60~70億美元,是按照每年8.8%的增長速度增長的。而在中國,這個數字目前看來似乎有些龐大,但是隨著加工制造業的發展,中國對于機器視覺的需求將上升趨勢。


1.  機器視覺的定義及特點
  簡言之,機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統是指通過機器視覺產品(即圖像攝取裝置,分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標轉換成圖像信號,傳送給專用的圖像處理系統,根據像素分布和亮度、顏色等信息,轉變成數字化信號;圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征,進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。
  機器視覺系統的特點是提高生產的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業的危險工作環境或人工視覺難以滿足要求的場合,常用機器視覺來替代人工視覺;同時在大批量工業生產過程中,用人工視覺檢查產品質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效率和生產的自動化程度。而且機器視覺易于實現信息集成,是實現計算機集成制造的基礎技術。
  正是由于機器視覺系統可以快速獲取大量信息,而且易于自動處理,也易于同設計信息以及加工控制信息集成,因此,在現代自動化生產過程中,人們將機器視覺系統廣泛地用于工況監視、成品檢驗和質量控制等領域。在中國,這種應用也在逐漸被認知,且帶來最直接的反應就是國內對于機器視覺的需求將越來越多。
2.  機器視覺在國內外的應用現狀
  在國外,機器視覺的應用普及主要體現在半導體及電子行業,其中大概40%-50%都集中在半導體行業。具體如PCB印刷電路:各類生產印刷電路板組裝技術、設備;單、雙面、多層線路板,覆銅板及所需的材料及輔料;輔助設施以及耗材、油墨、藥水藥劑、配件;電子封裝技術與設備;絲網印刷設備及絲網周邊材料等。SMT表面貼裝:SMT工藝與設備、焊接設備、測試儀器、返修設備及各種輔助工具及配件、SMT材料、貼片劑、膠粘劑、焊劑、焊料及防氧化油、焊膏、清洗劑等;再流焊機、波峰焊機及自動化生產線設備。電子生產加工設備:電子元件制造設備、半導體及集成電路制造設備、元器件成型設備、電子工模具。機器視覺系統還在質量檢測的各個方面已經得到了廣泛的應用,并且其產品在應用中占據著舉足輕重的地位。除此之外,機器視覺還用于其他各個領域。
  而在中國,以上行業本身就屬于新興的領域,再加之機器視覺產品技術的普及不夠,導致以上各行業的應用幾乎空白,即便是有,也只是低端方面的應用。目前在我國隨著配套基礎建設的完善,技術、資金的積累,各行各業對采用圖像和機器視覺技術的工業自動化、智能化需求開始廣泛出現,國內有關大專院校、研究所和企業近兩年在圖像和機器視覺技術領域進行了積極思索和大膽的嘗試,逐步開始了工業現場的應用。其主要應用于制藥、印刷、礦泉水瓶蓋檢測等領域。這些應用大多集中在如藥品檢測分裝、印刷色彩檢測等。真正高端的應用還很少,因此,以上相關行業的應用空間還比較大。當然、其他領域如指紋檢測等等領域也有著很好的發展空間。


 

3.  中國機器視覺未來發展趨勢
  在機器視覺賴以普及發展的諸多因素中,有技術層面的,也有商業層面的,但制造業的需求是決定性的。制造業的發展,帶來了對機器視覺需求的提升;也決定了機器視覺將由過去單純的采集、分析、傳遞數據,判斷動作,逐漸朝著開放性的方向發展,這一趨勢也預示著機器視覺將與自動化更進一步的融合。
  未來,中國機器視覺發展主要表現為以下一些特性:
1、隨著產業化的發展對機器視覺的需求將呈上升趨勢
  機器視覺發展空間較大的部分在半導體和電子行業,而據我國相關數據顯示,全球集成電路產業復蘇跡象明顯;與此同時,全球經濟衰退使我國集成電路產業獲取了市場優勢、成本優勢、人才回流等優勢;國家加大對集成電路產業這一戰略領域的規劃力度,“信息化帶動工業化”,走“新興工業化道路”為集成電路產業帶來了巨大的發展機遇,特別是高端產品和創新產品市場空間巨大,設計環節、國家戰略領域、3C應用領域、傳統產業類應用領域成為集成電路產業未來幾年的重點投資領域。
2、統一開放的標準是機器視覺發展的原動力
  目前國內有數家機器視覺產品廠商,與國外機器視覺產品相比,國內產品最大的差距并不單純是在技術上,而且還包括品牌和知識產權上。另一現狀是目前國內的機器視覺產品主要以代理國外品牌為主,以此來逐漸朝著自主研發產品的路線靠近,起步較晚。未來,機器視覺產品的好壞不能夠通過單一因素來衡量,應該逐漸按照國際化的統一標準判定,隨著中國自動化的逐漸開放,將帶領與其相關的產品技術也逐漸開放。因此,依靠封閉的技術難以促進整個行業的發展,只有形成統一而開放的標準才能讓更多的廠商在相同的平臺上開發產品,這也是促進中國機器視覺朝國際化水平發展的原動力。
 3、基于嵌入式的產品將取代板卡式產品
  從產品本身看,機器視覺會越來越趨于依靠PC技術,并且與數據采集等其他控制和測量的集成會更緊密。且基于嵌入式的產品將逐漸取代板卡式產品,這是一個不斷增長的趨勢。主要原因是隨著計算機技術和微電子技術的迅速發展,嵌入式系統應用領域越來越廣泛,尤其是其具備低功耗技術的特點得到人們的重視。另外,嵌入式操作系統絕大部分是以C語言為基礎的,因此使用C高級語言進行嵌入式系統開發是一項帶有基礎性的工作,使用高級語言的優點是可以提高工作效率,縮短開發周期,更主要的是開發出的產品可靠性高、可維護性好、便于不斷完善和升級換代等。因此,嵌入式產品將會取代板卡式產品。
  4、標準化、一體化解決方案也將是機器視覺的必經之路
  另外,由于機器視覺是自動化的一部分,沒有自動化就不會有機器視覺,機器視覺軟硬件產品正逐漸成為協作生產制造過程中不同階段的核心系統,無論是用戶還是硬件供應商都將機器視覺產品作為生產線上信息收集的工具,這就要求機器視覺產品大量采用“標準化技術”,直觀的說就是要隨著自動化的開放而逐漸開放,可以根據用戶的需求進行二次開發。當今,自動化企業正在倡導軟硬一體化解決方案,機器視覺的廠商在未來5-6年內也應該不單純是只提供產品的供應商,而是逐漸向一體化解決方案的系統集成商邁進。
  在未來的幾年內,隨著中國加工制造業的發展,對于機器視覺的需求也逐漸增多;隨著機器視覺產品的增多,技術的提高,國內機器視覺的應用狀況將由初期的低端轉向高端。由于機器視覺的介入,自動化將朝著更智能、更快速的方向發展。另外,由于用戶的需求是多樣化的,且要求程度也不相同。那么,個性化方案和服務在競爭中將日益重要,即用特殊定制的產品來代替標準化的產品也是機器視覺未來發展的一個取向。

機器視覺的應用也將進一步促進自動化技術向智能化發展。

4.   機器視覺技術的優越性

 由于機器視覺系統可以快速獲取大量信息,而且易于自動處理,也易于同設計信息以及加工控制信息集成,因此,在現代自動化生產過程中,人們將機器視覺系統廣泛地用于工況監視、成品檢驗和質量控制等領域。機器視覺系統的特點是提高生產的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業的危險工作環境或人工視覺難以滿足要求的場合,常用機器視覺來替代人工視覺;同時在大批量工業生產過程中,用人工視覺檢查產品質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效率和生產的自動化程度。而且機器視覺易于實現信息集成,是實現計算機集成制造的基礎技術。

 

    總之,隨著機器視覺技術自身的成熟和發展,可以預計它將在現代和未來制造企業中得到越來越廣泛的應用。

 

5.  機器視覺工業檢測系統類型

    機器視覺工業檢測系統就其檢測性質和應用范圍而言,分為定量和定性檢測兩大類,每類又分為不同的子類。機器視覺在工業在線檢測的各個應用領域十分活躍,如:印刷電路板的視覺檢查、鋼板表面的自動探傷、大型工件平行度和垂直度測量、容器容積或雜質檢測、機械零件的自動識別分類和幾何尺寸測量等。此外,在許多其它方法難以檢測的場合,利用機器視覺系統可以有效地實現。機器視覺的應用正越來越多地代替人去完成許多工作,這無疑在很大程度上提高了生產自動化水平和檢測系統的智能水平。

 

6. 機器視覺全面替代人眼將是大勢所趨

機器視覺全面替代人眼是大勢所趨,將廣泛應用于各行各業。國外已經進入深入發展期,中國當前滲透率還很低,正在進入加速爆發期,尤其在工業領域最先爆發。 

機器視覺通過攝取圖像模擬人的視覺功能,并提取信息,加以處理,最終用于檢測、測量、判斷和控制。其具有自動化、高、高精度、非接觸的特點,將廣泛滲透到包括工業、農業、醫學、交通、航天軍事等各行各業,目前在工業中應用最為廣泛,其中又以電子行業居多。 

機器視覺組成包括硬件+軟件,其中軟件是核心:機器視覺系統主要由光源、鏡頭、相機、圖像采集卡以及核心軟件五個部分構成。軟件算法是核心,硬件中相機是關鍵。 

目前,機器視覺代替人眼在中國的滲透率還比較低,即使在應用最領先的電子行業,滲透率也才20-30%,且每條產線只配1臺,還沒有達到標配3臺的水準。由于滲透率很低以及應用領域尚未鋪開,當前國內產值還非常小,2013年僅15億人民幣。但行業已經進入高速增長期,預計未來幾年復合增速36%,將進入加速爆發期。 

人力成本上升、對產品品質提升的需求、對生產效率提升的需求是機器視覺代替人眼的重大驅動力。 

機器視覺全面替代人眼是大勢所趨,將廣泛應用于各行各業。國外已經進入深入發展期,中國當前滲透率還很低,正在進入加速爆發期,尤其在工業領域最先爆發。國內企業面臨行業大爆發+技術進步+進口替代的大機遇。雖然中國機器視覺還很小,但在由中低端向高端的逐步國產化中,必將有一批本土企業長大,在其過程中我們將看到比營收更具爆發力的是利潤的增長。 

二.機器視覺技術原理

    機器視覺組成包括硬件+軟件,其中軟件是核心:機器視覺系統主要由光源、鏡頭、相機、圖像采集卡以及核心軟件五個部分構成。軟件中算法是核心,硬件中相機是關鍵。 

     機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統是指通過機器視覺產品(即圖像攝取裝置)將被攝取目標轉換成圖像信號,傳送給專用的圖像處理系統,根據像素分布和亮度、顏色等信息,轉變成數字化信號;圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征,進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。 

1.機器視覺(Machine vision) 

    機器視覺系統的特點是提高生產的柔性和自動化程度。在一些不適合于人工作業的危險工作環境或人工視覺難以滿足要求的場合,常用機器視覺來替代人工視覺;同時在大批量工業生產過程中,用人工視覺檢查產品質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效率和生產的自動化程度。而且機器視覺易于實現信息集成,是實現計算機集成制造的基礎技術。正是由于機器視覺系統可以快速獲取大量信息,而且易于自動處理,也易于同設計信息以及加工控制信息集成,因此,在現代自動化生產過程中,人們將機器視覺系統廣泛地用于工況監視、成品檢驗和質量控制等領域。 

2.基本構造 

     一個典型的工業機器視覺系統包括:光源、鏡頭、 相機(包括CCD 相機和COMS相機)、圖像處理單元(或圖像捕獲卡)、圖像處理軟件、監視器、通訊 / 輸入輸出單元等。 

系統可再分為:主端電腦(Host Computer)、影像擷取卡(Frame Grabber)與影像處理器、影像攝影機、CCT鏡頭、顯微鏡頭、照明設備、光源、影像顯示器、LC機構及控制系統、PLC、PC-Base控制器、精密桌臺、伺服運動機臺。 

3.工作原理 

    機器視覺檢測系統采用照相機將被檢測的目標轉換成圖像信號,傳送給專用的圖像處理系統,根據像素分布和亮度、顏色等信息,轉變成數字化信號,圖像處理系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征,如面積、數量、位置、長度,顏色等,再根據預設的允許度和其他條件輸出結果,包括尺寸、角度、個數、色調亮度、合格 / 不合格、有 / 無等,實現自動識別功能。 

4. 照明 

    照明是影響機器視覺系統輸入的重要因素,它直接影響輸入數據的質量和應用效果。由于沒有通用的機器視覺照明設備,所以針對每個特定的應用實例,要選擇相應的照明裝置,以達到最佳效果。光源可分為可見光和不可見光。常用的幾種可見光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。可見光的缺點是光能不能保持穩定。如何使光能在一定的程度上保持穩定,是實用化過程中急需要解決的問題。另一方面,環境光有可能影響圖像的質量,所以可采用加防護屏的方法來減少環境光的影響。照明系統按其照射方法可分為:背向照明、前向照明、結構光和頻閃光照明等。其中,背向照明是被測物放在光源和攝像機之間,它的優點是能獲得高對比度的圖像。前向照明是光源和攝像機位于被測物的同側,這種方式便于安裝。結構光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上,根據它們產生的畸變,解調出被測物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上,攝像機拍攝要求與光源同步。 

5.鏡頭 

 

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稱重傳感器、儀表一個百分之百:

稱重傳感器、儀表,三包期內非人為因素和自然災害發生的問題百分之百給予包修、包換。
1、三包期指:指顧客從購買或發貨之日起至一年內,特殊情況下可按安裝之日起。
2、人為因素指:用戶自拆、卸產品零部件,摔、砸、碰損壞等因素,不執行百分之百包修、包換。
3、自然災害指:水、火、雷、電、地震等天然災害損壞等因素,不執行百分之百包修、包換。

大型電子衡器“八個三”服務承諾:

大型電子衡器產品“三免”

1、免費派員到現場指導產品的安裝、調試。
2、免費進行用戶操作人員的現場技術及使用注意事項的培訓。
3、免費進行用戶來公司學習產品使用及維修常識的培訓。

大型電子衡器(公司三包期內的大型電子衡器產品)維修“三不收”

1、不收到現場幫助用戶分析排除故障的服務費。
2、不收現場更換配件的勞務費。
3、不收維修后的調試費。
注:大型電子衡器指:價值在5萬元以上的通用整機產品。(特殊合同約定除外)

電話服務“三及時”

1、有產品技術咨詢時及時答復用戶對產品各項性能指標。
2、有故障咨詢時及時電話指導分析和判斷故障點及排除方法。
3、有預約上門服務時及時電話承諾服務到位時間。

服務質量用戶“三監督”

1、用戶監督服務人員是否按承諾時間到位服務。
2、用戶監督服務人員是否按服務內容完成任務。
3、用戶監 督服務人員是否培訓操作人員及完工交待工作。

服務態度“三熱情”

1、在服務過程中必須積極努力工作,文明規范、態度熱情。
2、現場解答用戶咨詢問題要正確,詳細耐心熱情。
3、在服務中配合技術監督部門、安裝人員、用戶的工作,關系處理得當,說話和藹熱情。

服務工作“三不準”

1、不準私自更改推遲承諾用戶的服務到位時間。
2、不準向用戶提出飲食、住宿、交通等方面要求。
3、不準推諉用戶提出的雖超越本次服務項目,但屬本公司產品的服務工作。

接待來訪“三滿意”

1、讓來珠江電子衡器維修產品的用戶滿意。
2、讓來珠江電子衡器咨詢學習的用戶滿意。
3、讓來珠江電子聯系衡器業務的用戶滿意。

注:所有服務必須填寫本公司蓋章的“維修服務單”,

       本公司方作為服務有效,否則不承擔所有后果。

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