機(jī)器視覺的起步從20世紀(jì)80年代開始，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系統(tǒng)和視頻卡并存的階段。根據(jù)這幾年的發(fā)展來看，在今后的幾年是視覺發(fā)展的重要階段，而嵌入式系統(tǒng)也將扮演越來越重要的角色。

目前全球整個(gè)視覺市場(chǎng)總量大概在60~70億美元，主要集中在歐美和日本，在中國大約有1~2億美元的市場(chǎng)。按照我國的GDP增長速度8%來說，其中工業(yè)增長的份額為20%~30%，按照保守的估計(jì)，視覺的增長速度不應(yīng)該低于10%~15%。

首先我們來了解一下機(jī)器視覺和機(jī)器視覺系統(tǒng)的定義。顧名思義，機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(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)要求來設(shè)置檢測(cè)任務(wù)。然后根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

機(jī)器視覺系統(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)境或人眼難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測(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)。

西門子機(jī)器視覺系統(tǒng)屬于嵌入式視覺系統(tǒng)，分為VS100系列和VS700系列。VS100系列是專用型視覺產(chǎn)品，SIMATICVS100系列視覺系統(tǒng)用于特定的圖像處理任務(wù)。SIMATICVS110用于輪廓檢測(cè)、SIMATICVS120目標(biāo)查找和搜索、SIMATICVS130二維碼的檢測(cè)。傳感器通過“示教”而非編程進(jìn)行和配置，因而不需要專門的圖像處理知識(shí)且價(jià)格低廉。

SIMATICVS700系列通用視覺系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)過程中的質(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)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(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，這種應(yīng)用也在逐漸被認(rèn)知，且?guī)碜钪苯拥姆磻?yīng)就是國內(nèi)對(duì)于機(jī)器視覺的需求將越來越多。

機(jī)器視覺的起步從20世紀(jì)80年代開始，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系統(tǒng)和視頻卡并存的階段。根據(jù)這幾年的發(fā)展來看，在今后的幾年是視覺發(fā)展的重要階段，而嵌入式系統(tǒng)也將扮演越來越重要的角色。

目前全球整個(gè)視覺市場(chǎng)總量大概在60~70億美元，主要集中在歐美和日本，在中國大約有1~2億美元的市場(chǎng)。按照我國的GDP增長速度8%來說，其中工業(yè)增長的份額為20%~30%，按照保守的估計(jì)，視覺的增長速度不應(yīng)該低于10%~15%。

首先我們來了解一下機(jī)器視覺和機(jī)器視覺系統(tǒng)的定義。顧名思義，機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(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)要求來設(shè)置檢測(cè)任務(wù)。然后根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

機(jī)器視覺系統(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)境或人眼難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測(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)。

西門子機(jī)器視覺系統(tǒng)屬于嵌入式視覺系統(tǒng)，分為VS100系列和VS700系列。VS100系列是專用型視覺產(chǎn)品，SIMATICVS100系列視覺系統(tǒng)用于特定的圖像處理任務(wù)。SIMATICVS110用于輪廓檢測(cè)、SIMATICVS120目標(biāo)查找和搜索、SIMATICVS130二維碼的檢測(cè)。傳感器通過“示教”而非編程進(jìn)行和配置，因而不需要專門的圖像處理知識(shí)且價(jià)格低廉。

SIMATICVS700系列通用視覺系統(tǒng)主要用于生產(chǎn)過程中的質(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)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(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，這種應(yīng)用也在逐漸被認(rèn)知，且?guī)碜钪苯拥姆磻?yīng)就是國內(nèi)對(duì)于機(jī)器視覺的需求將越來越多。

西門子視覺系統(tǒng)在汽車行業(yè)的應(yīng)用

在汽車行業(yè)，產(chǎn)品的精度和質(zhì)量都必須滿足要求的這種需求正在與日俱增。因此，現(xiàn)在汽車行業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是越來越快的生產(chǎn)周期和大量原材料和零部件的供應(yīng)。這就給機(jī)器視覺系統(tǒng)提供了用武之地，機(jī)器視覺正逐步被看作任何自動(dòng)化解決方案中的一個(gè)完整的組成部分，成為自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科。

今年紐倫堡舉行的SPS/IPC/DRIVES展示會(huì)以機(jī)器視覺系統(tǒng)為展示的中心，這一點(diǎn)同樣表明了機(jī)器視覺與日俱增的重要性。通過VS100和VS720圖像傳感器，西門子自動(dòng)化和驅(qū)動(dòng)集團(tuán)展示出大量的可用于制造工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域的視覺系統(tǒng)。機(jī)器視覺正快速的進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域，占據(jù)一個(gè)又一個(gè)的工業(yè)部門。在電子工業(yè)中，特別是像高精度的芯片位置識(shí)別或位置校正以及用于SMT(表面安裝設(shè)備)裝配零件檢測(cè)這樣的領(lǐng)域，幾年來已經(jīng)形成了這樣的共識(shí)：現(xiàn)在要滿足高質(zhì)量和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的唯一方式就是使用靈活的圖像處理方法。不管怎樣，機(jī)器視覺目前已經(jīng)是不可缺少了，即便是擁有能夠提供最佳精度級(jí)別的三維自動(dòng)裝配和適應(yīng)大量不同種類和改進(jìn)種類裝配線的汽車行業(yè)也不例外。

■一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)的重要性

從前，機(jī)器視覺系統(tǒng)只是局限于少數(shù)專家人員使用。自從引進(jìn)了很容易集成到自動(dòng)化解決方案中的智能圖像系統(tǒng)后，圖像處理在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用以難以置信的速度增長。西門子的服務(wù)范圍從適合一般應(yīng)用的通用系統(tǒng)，擴(kuò)展到了所有的專用系統(tǒng)，提供幾乎適合所有需求的最優(yōu)解決方案。

汽車工業(yè)在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱的制造中，使用西門子視像系統(tǒng)檢測(cè)零部件，記錄裝配零件的制造日期。零部件供應(yīng)商用它檢測(cè)零件尺寸精度，校正汽車零部件的壓力，還可用于正確安裝安全帶及其他類似的安全配件。

■對(duì)質(zhì)量的考慮

改進(jìn)質(zhì)量和增加產(chǎn)量是世界領(lǐng)先的汽車制造巨頭選擇投資機(jī)器視覺的主要原因。一個(gè)例子就是汽車工業(yè)使用光學(xué)設(shè)備來檢查彈簧裝配的完整性。位于Erlangen的HeitecAG作為西門子自動(dòng)化解決方案的提供者，為此定制系統(tǒng)，提供了包括裝卸系統(tǒng)和機(jī)器視覺系統(tǒng)的完整解決方案。

檢測(cè)裝置是用光學(xué)方法檢測(cè)彈簧裝配得是否正確。彈簧裝配包括1個(gè)金屬軸，內(nèi)插一個(gè)陶瓷圓柱，10個(gè)曲片彈簧墊圈和1個(gè)終端片。為了能夠檢查正確裝配，將彈簧安裝在一個(gè)輪軌上通過傳送帶傳送經(jīng)過一個(gè)攝像機(jī)，任何攝像機(jī)識(shí)別出來不合格的“壞品”都被氣壓缸噴出，而“正品”被運(yùn)送到一個(gè)緩沖站，在這里它們會(huì)被拿去做深加工。

所使用的圖像處理系統(tǒng)包含1個(gè)西門子VS110視像傳感器和1個(gè)紅外光的照明設(shè)備；處理系統(tǒng)由自動(dòng)傳送設(shè)備(能夠支持10個(gè)彈簧組)和1個(gè)剔除“壞品”的自動(dòng)噴射裝置組成。整個(gè)檢測(cè)設(shè)備由西門子S7-200控制。

使用該裝置可以顯著提高質(zhì)量和增加產(chǎn)量。實(shí)際上，在Heitec工程師們滿懷信心的認(rèn)為它能夠使“我們的客戶不用多久就能收回他們的投資”。

?西門子視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)

■西門子VS100--智能實(shí)施方案

隨著西門子VS100套件的出現(xiàn)，西門子已經(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。

所有VS100范圍內(nèi)的視圖傳感器都是即插即用的，簡單易學(xué)，無需專門的培訓(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)或類型。得益于系統(tǒng)傳感器工藝設(shè)計(jì)的緊湊，使得西門子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、簡便地集成到復(fù)雜的自動(dòng)控制環(huán)境中。

■西門子VS720--為專門需求量身定做

新型VS720生產(chǎn)線專門用于處理更為復(fù)雜的任務(wù)，是西門子VS700通用攝像套件的完美補(bǔ)充，增強(qiáng)了西門子在靈活，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)滿足機(jī)器視覺的不同需求，例如自動(dòng)檢測(cè)、生產(chǎn)監(jiān)視和零件識(shí)別。VS721CMOS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彩色專門用于另外的應(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)的訪問，因此極大地簡化了設(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，它能提供用戶友好的方法來建立定制的圖像處理解決方案，即在無攝像機(jī)連接時(shí)，可以使用仿真器來進(jìn)行組態(tài)。?