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購買機器視覺系統必須要關注的10個問題


時間:2019-08-16

應用領域:機器視覺


   在世界各地無數生產和制造環境中,機器視覺系統始終確保數百萬計的產品符合嚴格的質量和安全要求。一個有效的視覺系統可以消除缺陷、驗證裝配以及跟蹤和采集生產流程每個階段的信息,從而幫助您提高效率和性能。另外,機器視覺還能幫助您實現生產自動化,從而減少生產錯誤,這相當于降低了生產成本,并提高了客戶滿意度。
  任何視覺系統的基本作用均是檢驗、識別和引導元件。獨立式工業級視覺系統結合了視覺工具庫與圖像采集和處理功能。市場上提供廣泛的型號選擇,以滿足用戶不同的價格和性能需求。
  由于目前市場上供應如此多的視覺系統,因此,試圖找出哪一款最適合您的特定應用可能是一項艱巨的任務。
  僅找到一個可以執行基本視覺任務的系統是遠遠不夠的;您還需要考慮一些其它因素,以確保成功部署。
  無論您是機器視覺新用戶還是有經驗的老用戶,根據本指南所提供的十個關鍵問題的答案以及評估產品特定功能的有用建議,您可以有效完成視覺系統選擇過程。
  1. 視覺系統是否易于設置應用、創建自定義操作界面和管理視覺系統網絡
  2. 元件定位工具的重要性是什么?我如何能夠評估它們的性能
  3. 視覺系統是否有全面的圖像預處理工具庫
  4. 我應該尋找哪些字符讀取和驗證功能
  5. 我如何能夠確定視覺系統測量工具的可重復性
  6. 我如何評估工業代碼讀取工具?我應該尋找哪些特定功能
  7. 視覺系統可提供哪些網絡化和通信功能
  8. 關于視覺系統配件,我應該了解哪些方面
  9. 視覺系統供應商是否提供廣泛的硬件選項?它們對于我的環境來說是否足夠堅固耐用
  10. 視覺系統供應商是否提供我所需的支持和學習服務
  1. 視覺系統是否易于設置應用、創建自定義操作界面和管理視覺系統網絡
設置視覺應用不應要求您成為一名機器視覺專家。設置界面是否能夠幫助您完成一項視覺應用的所有步驟(包括設置采集設置、定位和檢驗元件以及將結果傳輸到工廠車間的其它設備)?它是否需要編程知識,或者它是否為可配置系統?設置軟件是否易于校準系統以便以實際應用單位而不是像素執行工作?當您將工具添加到應用時,它是否向您顯示通過和未通過工具的快速瀏覽以幫助您了解應用的設置效果?它是否允許您建立完整的操作界面以便能夠變更公差或者支持生產線轉換?系統是否提供維護工具用以備份、恢復或克隆系統以及進行固件升級
  2. 元件定位工具的重要性是什么?我如何能夠評估它們的性能
  元件定位軟件工具在相機的視場范圍內定位元件。這通常是任何視覺應用的第一步,從最簡單的機器人拾放操作到最復雜的裝配驗證任務,無一例外。同時,它也是最關鍵的一步,因為其往往決定應用的成敗,如果您不能定位元件,那么,您也無法檢驗、測量或者識別元件。
  雖然聽起來足夠簡單,但在實際生產環境中,定位元件可能極具挑戰性。視覺系統經過培訓后,基于圖案識別元件,但即使是最嚴格控制的制造流程,在元件呈現在視覺系統面前的方式上也允許出現一些變化。因此,視覺系統的元件定位工具必須足夠智能,以便快速、準確地將培訓圖案與生產線上移動的實際物品進行比較,并允許元件外觀有一些變化。對于元件匹配工具來說,最重要的一點是,能夠容許比較起來有較大的變化,并忽略照明變化,同時始終充分可靠地定位正確的元件。
  3. 視覺系統是否擁有全面的圖像預處理工具庫
圖像預處理工具改變原始圖像,以便在強調所需特征的同時,最大限度地減少所不需的特征。這為采用更多功能強大的工具獲得最佳性能做好了圖像準備,可顯著提高整個系統的準確性和強大性。預處理工具能夠:
  ● 提高元件與其背景之間的對比度;
  ● 遮蓋不重要和可能造成混淆的圖像特征;
  ● 消除元件表面反射引起的“亮斑”,以及
  ● 使粗糙的表面紋理變光滑。
  確保您所選擇的視覺系統包含全面的圖像預處理工具。
  4. 我應該尋找哪些字符讀取和驗證功能
  無論您是讀取汽車元件上壓印的字母數字代碼,還是驗證藥瓶或包裝上的日期和批代碼信息,評估字符讀取和驗證工具時,您需要尋找多種功能,包括:
  功能強大的OCR技術用于處理流程變化
  TOCR工具應當能夠處理典型的印刷變化,如筆劃寬度變化、字符歪斜、背景變化、字符粘連和廣泛的印刷流程變化。擁有較高的讀取率極其重要。
  輕松的字體培訓
  此功能通過學習以一系列圖像出現的字符模型來建立字體。圖像應包含每個字符的多個示例,并涵蓋生產中可能出現的整個質量范圍。
  內置圖像預處理工具
  這些工具應當具備銳化字符邊線對比度和過濾圖像中無關緊要背景的能力。
  靈活的域功能
  靈活的域功能指同時字段化固定和可變字符串長度的能力。
  5. 我如何能夠確定視覺系統測量工具的可重復性
  如果您的一個應用涉及關鍵的尺寸測量,視覺系統的測量工具必須精確,并且具有非常高的可重復性。
  視覺系統應當具有全套測量工具,允許您選擇適當的工具,以滿足您測量應用的需求,而無需編寫自定義腳本或功能。
  對于高精度測量,視覺系統應當能夠校正可能影響測量的鏡頭失真,尤其是在圖像的外部區域中。
  6. 評估工業代碼讀取工具?我應該尋找哪些特定功能
  工業環境要求視覺系統能夠讀取質量退化、標記質量不佳或者位置因元件而異的2D數據矩陣代碼。無論元件材料(如金屬、玻璃、陶瓷和塑料等)和所采用的元件標記方法(如打點、蝕刻、熱壓和噴墨等)如何,視覺系統均應獲得良好的讀取效果。
  除這些標準以外,您需要尋找的其它特定代碼讀取功能包括:
  代碼質量驗證
  尋找能夠根據既定標準驗證代碼質量的視覺產品。
  這能夠提供關于標記流程效果如何的寶貴信息。
  讀取速度
  根據您的生產線速度和生產量需求,您可能需要非常高速的讀碼器。目前可提供的最快速的視覺系統每分鐘可讀取7200個以上代碼。
  7. 我應該尋找哪些網絡化和通信功能
  作為共享信息、支持決策和實現高效集成流程的一種手段,網絡化對于許多視覺應用來說都是一項必不可少的功能。例如,網絡化使視覺系統能夠將通過/未通過結果傳輸到PC進行分析,或者直接與PLC、機器人以及集成流程控制系統中的其它工廠自動化設備進行通信。
  如果您需要在企業層面將您的視覺系統連接到PC,請選擇支持全面的標準網絡化協議庫的系統:
  ● TCP/IP客戶端/服務器使視覺系統能夠輕松與其它視覺系統共享結構數據,并通過以太網控制設備,無需開發任何代碼。
  ● FTP(文件傳輸協議)允許將檢驗圖像存儲在網絡上,供以后分析。
  ● Telnet是一種因特網標準協議,其允許遠程登錄和從主機設備連接。
  ● DHCP(動態主機配置協議)允許視覺系統自動從服務器獲取其網絡IP地址,從而實現真正的即插即用性能。
  ● DNS(域名服務)允許您為每個視覺系統分配一個有意義的名稱,如“裝瓶線系統1”,代替必須使用數字IP地址。
  要使視覺系統集成PLC、機器人和您工廠車間的其它自動化設備,您所選擇的系統還必須支持以下協議:
  ● 工業以太網協議,如EtherNet/IP、PROFINET、MC協議、POWERLINK和Modbus TCP。這些使視覺系統能夠通過一根以太網電纜連接到大多數常見的PLC和其它設備,從而消除了復雜布線方案和價格昂貴的網絡網關的需要。
  ● Fieldbus網絡,包括CC-Link、DeviceNet和Profibus。通常需要協議網關配件將視覺系統添加到Fieldbus網絡。
  ● RS-232和RS-485串行協議,需要通過此類協議與大多數機器人控制器進行通信。
  最后,隨著在整個制造流程中對視覺系統的越發頻繁的運用,以集中方式管理這些系統的需求變得越來越重要。確保您所選擇的視覺系統集成適當的軟件,使您能夠輕松通過網絡從任何位置——無論是在工廠車間內部,還是在工廠車間外面——遠程監控您所有視覺系統的操作。
  8. 關于視覺系統配件,我應該了解哪些方面
  很多時候,人們對視覺系統的評估給予了過多的關注,而忽視了配件產品的重要性。配件的選擇可大大有助于確保系統無故障集成,并且在需要提供照明的情況下,甚至可能決定應用的成敗。
  為保證您快速、輕松地集成系統,很重要的一點是,應從可提供全面的可兼容配件的供應商那里購買視覺系統。這將使您能夠了解每個配件是否經過測試,且經證實可與視覺系統兼容。更重要的是,在進行應用評估的過程中,銷售人員應該能夠幫助確定最佳光源和光學元件解決方案,以提供確保視覺應用成功的最佳機會。
  應尋找的配件包括:
  ● 光源-任何兩個生產區域均具有不同的環境照明條件,并且元件可能展示廣泛的表面特征。幾乎每個機器視覺解決方案均需要獨特的照明方法,以滿足其應用目標以及優化性能。您的視覺系統供應商應提供各種不同的光源選項,包括:環形燈,其從各個方向提供柔和、均勻的照明;背光燈,其創造元件與其背景之間的最大對比度;暗視場照明,其為表面不規則元件的圖像采集提供低角度照明。
  ● 通信模塊-確保您的供應商提供各種通信外圍設備,如I/O模塊和網絡化網關模塊,其支持視覺系統與PLC、機器人和其它工廠自動化設備和網絡之間的輕松、快速連接。
  ● 操作面板-網絡化的操作面板允許輕松的即插即用設置和部署以及持續的視覺系統監控,無需PC。選擇操作面板時,應尋找具有直觀、觸摸屏界面且支持多個相機視圖的類型。應尋找的其它功能還包括高速可視化,其允許您查看生產線上的圖像和疊加圖形,以便操作員能夠輕松修改檢驗參數以及瀏覽設備上的檢驗結果。另外,其還應足夠堅固耐用,以承受嚴苛生產環境的挑戰,并配備防眩光影響保護的LCD顯示器和NEMA級安裝擋板,以便安裝在面板或外殼內時提供防塵和防水密封功能。
  集成光源
  集成光源在視覺系統中提供極大的便利性和易用性。集成光源消除了購買、安裝和供電額外光源的需要,從而簡化了系統。擁有集成光源使視覺系統比其它需要較大型外部光源和電源的系統更小巧、更緊湊,從而使其更易于在生產線上難以到達的空間內安裝和使用。您所尋找的視覺系統應該能夠控制亮度以及集成式和外部光源的頻閃,無需額外設備。這消除了購買額外光源或電源的需要。
  9. 視覺系統供應商是否提供廣泛的硬件選項?它們對于我的環境來說是否足夠堅固耐用
  您所選擇的供應商應當能夠向您提供性能、分辨率和耐用性各異的廣泛系統選擇。您不可能購買到“完全通用”的機器視覺。您的應用可能需要線掃描相機,而非區域掃描系統或者彩色系統。您也可能需要更高的分辨率,以滿足您較嚴格的公差標準,或者需要能夠承受沖洗環境的系統。您的供應商應當能夠提供同時滿足您檢驗需求以及實際應用環境的選項。
  其它問題包括:您的生產線上是否有空間安裝視覺系統?如果空間有限,則應提供適合實際空間大小的選項以及圖像采集選項。例如,如果產品的可視空間有限,線掃描相機可能是您可以考慮的選項。不同于需要看到整個元件以拍攝完整快照的區域掃描相機,線掃描相機僅需看到產品的一小部分,以構建整個圖像到內存即可。這種比較可看作照片復印機(區域掃描)與桌面掃描儀(線掃描)之間的比較。
  如果視覺系統安裝空間有限,較小巧的封裝將占據更小的空間,而且需要更少的安裝空間。如果您已經考慮了實際空間限制,現在需要詢問的問題是,您的特定應用需要何種分辨率。視覺系統的分辨率是所使用的成像儀的尺寸,以像素表示。一般來說,您擁有的像素越高,您每個特征所采集的數據就越多。每個特征的數據越多,您所獲取測量的精確性和可重復性就越高。要了解分辨率,請問自己,我需要何種視場?我是需要采集裝配線的寬度、較大元件的一部分還是整個元件本身?為檢驗此元件,我需要在圖像中看到什么?通過這些答案來確定目標分辨率。例如:您的檢驗需要清點托盤上的元件數量。如果您的視場是您裝配線的寬度(例如12英寸),且您的視覺系統的分辨率為40x480,那么,您將擁有等于12英寸的640像素。這相當于每英寸53像素(或者每像素代表0.018英寸)。如果您只需清點每個托盤上的元件數量,此分辨率可能足夠滿足您的需求。然而,如果您需要測量每個元件的寬度,且公差范圍為+/-0.001英寸,那么,更高的像素可向您提供更多關于每個特征的數據,以保證公差精度。
  有時候,即使配有特定的光源和濾光功能,您所檢驗的特征在單色視覺系統中仍沒有形成足夠的對比度。彩色系統能夠呈現您所需的細微特征和顏色差異,從而幫助您完成檢驗。
  一些視覺系統裝配到堅固耐用的IP和NEMA級金屬封裝內,提供防塵和防潮功能,無需單獨的外殼配件。然而,如果您工廠的環境特別嚴苛,或者需要經常沖洗設備,則應詢問您的潛在供應商是否能夠為系統提供通過預審的外部封裝。
  10.視覺系統供應商是否提供我所需的支持和學習服務
  即使最高性能的視覺系統也僅可能與其背后的供應商一樣優異。無論您是從經銷商、系統集成商還是直接從制造商處購買視覺系統,很重要的一點是,事先了解其可向您提供的完整支持服務范圍。確保您所選擇的視覺供應商了解您獨特的支持需求,并向您提供您在項目每個階段(從應用開發和系統集成到部署以及其它)將需要的所有資源。
  需要考慮的重要問題包括:
  1. 視覺供應商能否提供專門的機器視覺專家協助您進行初步應用評估?很重要的一點是,與富有經驗的銷售和應用工程師合作,以確保能夠以適當的性價比完成應用。
  2. 視覺系統制造商是否擁有全球售后支持網絡?如果系統在一個位置調試,而在另一個位置安裝,那么,這一點尤為重要。
  3. 視覺系統制造商是否提供廣泛而價格實惠的培訓和支持選項(包括在線自助和培訓課程、全球電話支持和個性化培訓服務)
  4. 如果您從經銷商或系統集成商處購買視覺系統,他們是否為視覺系統制造商的授權合作伙伴
  5. 視覺系統制造商是否擁有成功的安裝歷史以及長期支持您需求的財務穩定性
  6. 如果您的應用有需要,或者您的應用需求變更,視覺供應商是否提供更先進的系統和工具
  最后的思考
  最佳供應商并非僅僅試圖向您銷售一件產品——提供解決方案之前,他們應花費時間仔細了解和評估您的所有需求。



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