题
姓
院
专
班
目 ：视觉传感器在包装机械上的应用 名 ： 张 坤 学 号：0902090549 系 ： 机械工程学院 业 ： 机械设计制造及其自动化 级 ： 机械095班
摘要：工业自动化生产技术的飞速发展，对现代生产的检测技术提出了新的要求，现在生产同时提出实时，在线，非接触检测以控制生产过程，提高生产效率及产品的合格率，这是许多传统的检测方法无法提供的。现代工业生产的制造精度也大大提高，需要相应的高精度的检测方法，传统的检测手段早已经无法满足现在化生产检测的要求，需要新型产品检测技术来适应现代生产的要求，视觉传感器的检测技术是近年来发展的一门新兴检测技术，采用自动化与智能化，通过计算机识别和控制，测量过程只需要很少的人工干预就可以完成，视觉传感器的检测技术具有非接触，测量速度快，自动化程度高，精度高等优点，很适合现在花先进制造业高度自动化的要求。而我们知道绝大多数的产品，包装都是必不可少的最后一道工序，对产品的质量起着至关重要的影响。包装不仅直接对产品的安全起了保护作用，而却在一定程度上对企业进行了宣传，更代表着公司的形象。所以包装是非常重要的一道工序。
关键词：视觉传感器 包装 检测
1 绪论
现代工业生产技术的不断发展，加快了现代化工业大生产的节拍，为了使视觉检测系统满足于现代大生产的告诉生产节拍，视觉检测系统在检测速度方面还有待进一步的提高，传统的视觉检测系统中，由图像传感器将图像数据传送到计算机，由计算机中的图像采集卡对图像进行采集，并利用高级语言编写的程序对图像进行处理，这种方法除了成本高，开发周期长以外，还不利于集成化设计，而随着微电子技术和集成电路制造技术的发展，这种视觉检测系统也发生了一定的变化，由主要依托计算机视觉检测系统转变为将图像的采集，处理与通信功能集成与单一相机内的视觉传感器，其具有多功能，模块化，搞可靠性，易于实现的特点。同时，由于应用了最新的DSP,FPGA 以及大容量存储技术，其智能化程度不断提高，使其可以完成大多数的视觉检测任务。
2 视觉传感器的工作原理
视觉传感器具有从一整幅图像捕获光线的数以千计的像素能力，它的主要部件就是照相机或者摄像机，通过镜头图像传感器（一般是CCD 和CMOS 类型）采集图像，然后将该图像传送至处理单元（基于PC 的系统，处理单元通常就是P C 的CPU ，而只能摄像头的处理单元一般是DSP ），通过数字化吃力，运用不同的算法来提高对结论有重要影响的图像要素，根据像素分布，亮度，颜色等信息进行尺寸，形状，颜色等得测量和判断，进而经纪判别的结果来控制现在设备的动作，其功能主要包括物体定位，特征检测，缺陷判断，目标识别，计数和运动跟踪。视觉传感器通常因为其精确性，易用性，丰富功能以及合理的成本而成为各大厂家的最佳选择。例如，若视觉传感器被设定为辨别正确地插有八颗螺栓的机器部件，则传感器知道应该拒收只有七颗螺栓的部件，或者螺栓未对准的部件。此外，无论该机器部件位于视场中的哪个位置，无论该部件是否在 360 度范围内旋转，视觉传感器都能做出判断。
3视觉传感器的优势
目前企业在检测的备选方案中，一般有视觉系统，光电传感器，人工检验，以及视觉传感器，由于具有准确性，易用性，低成本，视觉传感器成为了最好的选择。
3.1 视觉传感器与视觉系统的比较：
众所周知，视觉系统作为一种复杂，成熟的技术，是可以进行各项精细的自动检测的，但是正是由于其复杂性和高成本，妨碍了它在许多行业中的推广，这就好比一句俗语“杀鸡焉用牛刀”，其价格一般在几万人民币以上，而却这些复杂的视觉系统系要一个或者多个摄像头，定制的软件以及一台计算机，并且需要聘请外部视觉顾问来设计，集成，安装系统，鉴于此类系统的专用性和成本，很难将他们轻松的改作他用，这些复杂的系统需要持续的专业支持。
尽管对复杂视觉系统的需求仍然存在，但是由于更廉价，共容易使用的视觉传感器的推出，因其具有较高的性价比，所以企业会采用这种视觉传感器来解决各类问题，因此，视觉传感器在工厂自动化的品质提高及生产效率的改进方面功不可没。
3.2视觉传感器与光电传感器的比较：
与光电传感器相比, 视觉传感器赋予机器设计者更大的灵活性. 以往需要多个光电传感器的应用, 现在可以用一个视觉传感器来检验多项特征. 视觉传感器能够检验大得多的面积, 并实现了更佳的目标位置和方向灵活性. 这使视觉传感器在某些原先只有依靠光电传感器才能解决的应用中受到广泛欢迎. 在传统上, 这些应用还需要昂贵的配件, 以及能够确保目标物体始终以同一位置和姿态出现的精确运动控制.
此外, 由于一个基本视觉传感器的成本仅相当于数个具有较贵配件的光电传感器, 因此价格已不再是问题.
视觉传感器为应用的切换提供了无与伦比的灵活性. 例如, 生产工序的切换(从单份装酸奶切换成冰淇淋桶) 可能仅需数秒钟, 并且可遥控完成. 附加的检验条件可轻松地添加到此应用中。
3.3视觉传感器与人工检测的比较：
人工检测既是一件费时费工，同时，又不能较好的保证产品质量的一种选择，较之于视觉传感器，他的种种弊端也就显露无余，在这个科技日与发达的社会，人工检测所运用的范围也越来越狭窄。
4部分代表产品
4.1邦纳视觉传感器：
邦纳视觉传感器具有紧凑的外形尺寸，适合安装在空间有限的场合，而且他是两件式设计，可以提高性能的视觉检测，他的每种信号都具有灰度视觉工具，包括定位，图形查找和计数，CEO 查找和计数，边缘工具，二值化，平均灰度和测量，他还可以提供带条码的读取功能的信号，并支持九种语言的软件设置界面，可以通过以太网，可编程I/O和串行口通讯，还可以通过远程视教功能进行检测程序的切换，无需PC 即可设定，支持10到30V 的直流电压，输入输出I/O的类型（NPN 或PNP ）和功能可以通过设置软件进行设置。无需通过PC ，可直接与监视器相连进行监测，而却有多种安装支架，镜头和官员可以选择。
现在运用较多的有Presence PLUS P4传感器，其特点有：
1. 能进行360°视场范围内进行细节，标签检测，部件识别和装配确认，无需考虑部件方位，省略了常规视觉传感器的严格定位要求。
2. 采用128*100CMOS成像器件，可实现高达6000件/分钟的可靠检测，满足现代高速生产的要求。
3. 集成式传感器与控制器一体，结构简单紧凑。
4.2欧姆龙 智能视觉传感器 ：
欧姆龙智能视觉传感器保持着“Smart Recipe”智能化视觉理念，仅需要“选择最优画面”→“目标检索”→“位置补偿”这三步设置就可使用户完成对样品的检验，他性能卓越，包含了Patten （图形检索），Defect （缺陷检测），Region(区域面积) ，Bright(明暗检测) ，Position(位置检测) ，Width(宽度检测) ，Count(计数) 等视觉传感器的所有基础功能，兵附带位置修正，高速检测，测量值定标，画面预处理，HUE 彩色/黑白建设，128
设定区域等功能。而可以检测出细微却别的
（原来图像匹配难以检测出来）“Sensitive Search”，不容易受噪音和背景影响的“Graphic Search ”, 以及可吸收对象物形状误差而防止错误判断的“Flexible Search ”等高端功能改传感器也具有。
一般来说欧姆龙视觉传感器具有如下特点：
1. 几乎可以满足所有领域的检测需要，在测量之下还可以进行细致的辅助测量，如定标，位置补偿，表达式等。
2. 在没有使用存储卡的情况下，可以设置32个工件画面。这32个工件画面隶属于工件组0，是存储在控制器的闪存中的。在使用了128兆存储卡后，最多可以存储32个工件组，1024个工件画面。
3共有4中可选的通讯方式：并口用于与外部设备以数字I/O的方式通信；串行接口菜单操作用于通过个人电脑的键盘代替小控制器完成对F160菜单的设置操作；普通串行接口用于以无协议方式于外部设备（PC ）通信；上位链接串行接口，与PLC 等带有串行接口的外部设备以发送或接收指令码的方式通信。后两种通讯方式只有专家菜单支持。
4可以设置视觉系统启动后自动进入的状态。在显示的屏幕上定制个性显示。智能照明或普通照明可选。随时检查系统信息。密码保护放置无关人员随意更改设置。
4.3康耐视视觉传感器（Checker 3G）:
康耐视视觉传感器(3G)型号包含一流的Checker 视觉传感器系列的所有能共，最重要的是另外额外的软件传感器，他可以核查物体得高度，宽度，直径，并为高速运转的生产线提供可靠的合格/不合格的判断能力。
其特点有：
1 可配置为有无检测传感器或者尺寸测量传感器。
2 无需电脑安装。
3 高速高清配置。
4.4 SICK Inspector I40:
拥有VGA 分辨率（640 x 480）的高速检查功能 功能强大的模版匹配算法用于定位物体，就算物体的位置变化、存在旋转或产生缩放都不受影响 , 强大的细节检查工具---“模版检查” , 通过FTP 可以不受限制地保存图像, 只要通过简单的设置就可以实现PLC 通信控制, 拥有非常丰富的附件，配置灵活, 增加了参考物体的数量 , 简单易用的PC 配置功能，同时支持离线仿真分析功能 。
其特点有：
1. 更大的检测范围，更长的工作距离，给您更多选择！
2. 具有更宽的视场和更长的工作距离。它通过计算颜色象素来判断一个物体
的好与坏。集成的设置按钮和显示屏使您的应用解决方案可以快速且容易地得以实现。
3紧凑而坚固的塑料外壳和独特的塑料前面板（非玻璃材料），可以使用于食品生产行业。IP67的防护等级，使它适用于各种苛刻的工业环境。 5 视觉传感器的运用领域
还在几年之前，针对产品的包装，以往工厂大多采用人工的形式进行检测，然而，随着社会的不断发展，科技的日新月异，企业生产水平的提高，这种落后陈旧的方式也就很难满足企业连续地，大批量的产品需求。在国内的一些生产企业里，一般都要还几名工人去完成产品最后的检测工序。 随着各行业竞争越来越激烈，利润率逐渐变小，制造商无法承受因瑕疵产品造成的高废品率。但是，由于视觉传感器的运用，不仅可以逐步的代替人工去完成这项复杂繁重的检修工作，而却其高效的可靠性，以及低成本的优势，在越来越多的企业里得到了推广。利用视觉传感器，企业可以高效的完成对产品的包装检测，还可以正确的读取产品的包装信息，从而对产品进行有效的追踪。
视觉传感器的低成本和易用性使其进入各个领域，那些曾经需要人工，观点传感器或者根本不需要检测的环节，现在都可以插入视觉传感器来检测其质量。视觉传感器在工业上的运用包括检验，计量，测量，定向，瑕疵检测和分验。而在包装生产线上，则有大量的运用。
以下只是一些应用范例：
◆ 在汽车组装厂，检验由机器人涂抹到车门边框的胶珠是否连续，是否有正确的宽度。
◆ 在瓶装厂，校验瓶盖是否正确密封、装灌液位是否正确，以及在封盖之前没有异物掉入瓶中
◆ 在包装生产线，确保在正确的位置粘贴正确的包装标签
◆ 在药品包装生产线，检验阿斯匹林药片的泡罩式包装中是否有破损或缺失的药片。
◆ 在金属冲压公司，以每分钟逾150片的速度检验冲压部件，比人工检验快13倍以上。
6视觉传感器在饮料生产线上的运用 鉴于视觉传感器在社会生活生产中如此广泛的运用，下面主要探讨一下视觉传感器在包装工程，尤其是在液位检测方面的运用。
我们都知道，饮料在现代社会非常流行，随处可见的青少年都喜欢喝各式各样的饮料。但是，饮料的包装不当也会带来一定的危害，比如有的瓶装饮料要求密封，这就要求瓶口与瓶盖之间的缝隙要满足要求，还有饮料是否足量以及瓶身上面各类贴码标签是否正确粘贴。而视觉传感器可以运用于此行业，其功能有确认有无，尺寸位置的测量，方向家督的判断，表面瑕疵以等运用。以下介绍的是视觉传感器在液体灌装检测的一些介绍，重点介绍液位检测的方法。
我们知道，在饮料行业中，视觉传感器运用的非常广泛，其主要可以用来检测的项目有：瓶口的检测，瓶塞位置的检测，液位的检测，贴标的检测以及托盘计数的检测，而液位的检测将作为重点为大家做介绍。
6.1 灌装后瓶口是否有破损
因为瓶口直接关系到饮料中中是否混入各类细小的杂质或者塑料，这些东西的摄入会对人的身体产生一定的危害。运用视觉传感器可以很好的解决这个问题，通过图形匹配工具来判断瓶口是否破损，一般在检测之前，先要让视觉传感器“看”一下正常瓶口的特征，把正确的特征记录在内存中，在生产线上，当灌装好的饮料瓶经过视觉传感器的镜头的时候，传感器会捕捉瓶口的特征，然后与原来储存的正常瓶口特征进行比较，看他们是否一致，如果瓶口特征不一样，传感器会发出相应的信号让剔除装置将其剔除，一般来说，用户可以通过视觉软件根据瓶口的特征来设定相似程度，假设我们设定90%，也就是说当被检测的瓶口的特征与传感器记忆的瓶口特征相似度达到90%及以上的时候，传感器会默认这个瓶口的标准的，经过这道检测，我们可以把瓶口有损的饮料瓶剔除。
6.2 瓶盖检测
在此饮料生产线上我们也经常关注这样一个问题，压盖后盖子是否压装到位，事先视觉传感器内存会储存正常的也就是好盖得图像（如图）然后与捕捉到的图像进行比较，当出现盖高，盖歪等一系列与标准瓶盖不符的图形时，系统会将其剔除。
6.3液面高度的检测原理
液位检测系统总体上结构图如所示，主要由三部分组成：实现数据的管理，统计，打印，分析和显示功能的管理单元，对检测机进行监控的PLC 操作站，以及由视觉传感器，光源，光电传感器组成的液位检测机。
图中编号代表了信号和数据的流程，1 漫反射式光电开关触发视觉传感器采集图像并加以处理，2 如果检测到的液位信息不合格，视觉传感器通过I/O模块发送信号给PLC ，3 PLC根据视觉传感器的触发信号，利用内部的计数器定位不合格瓶的位置，并驱动执行机构将不合格品剔除，4 实时检测灌装线的运动状态，并传递给PLC ，5 根据灌装线的状态，通过变频电机等传动装置，驱动检测机内的传送带，并调节系统内药瓶的传送速度，合理分离瓶距，6 视觉传感器将处理结果通过以太网传送到远程PC 和管理PC 用于分析和管理，7管理PC 通过以太网向检测机下达检测命令和接受数据，8 远程PC 通过以太网对生产线上的检测机进行统筹管理。
检测机与管理单元的通信主要是通过以太网进行，网络接口实现了上述两部分的互联。PLC 操作站通过接受视觉传感器和光电传感器的检测信号完成剔除和控制传送带的操作，检测机的平面俯视图图如6.3所示：
Presence PLUS P4
– 直角式或直线式
–
–
–
–
–
–
–
–
– 一体式 功能强大或专用功能产品 4 I/O 640x480/1280x1024 可远程示教 标准NTSC 视频接口 Ethernet 和RS232连接 4个可编程I/O 可储存999个程序
生产线上视觉传感器的液位检测
视觉传感器的安装图
综可知饮料灌装线上的详细流程：
首先是灌装后的药品到达”1”位置时产生触发信号，此信号为一开关信号，通过I/O模块开启光源（2）和启动视觉传感器（3）采集图形。然后利用图像采
集卡将模拟信号的图像数据进行转换，从而变成数字图像数据并将之传给PC 机。数字图像数据可以通过检测系统，并在图像标定、图像预处理、图像分析等操作后得出检测结果，把不合格产品的信息下传给PLC ，由PLC 控制分选装置完成不合格品的分选，同时在显示器上显示出来。当然
PC 机内会实现存储好标准的液面图形, 当检测的结果与存储的图形不符合的时候，产生触发信号送入PLC ，PLC 驱动剔除阀除不合格产品。
如图，事先整个系统内部会储存标准的液位图（如图5.3a ）, 这是标准的液面，但是，如果当视觉传感的镜头捕获到的画面低于标准的液面的时候，一般是PC 机进行自动的液位到瓶盖的高度的比较，如图（5.3b ）的时候，数字图像数据传给PC 机进行分析，当h2小于h1的时候显示为不合格，然后偶传达PLC 信号，由PLC 进行剔除指令。当液面高于标准的时候（5.3c ），PC 机分析为合格。
5.3a 标准液位 5.3b 非标准液位（不合格） 5.3c 非标准液位（合格）
6.4 贴标检测
在饮料品进行行了液位检测之后，就是最后的贴标的检测工序了，在这里也将会用到视觉传感器，因为标签作为一个产品对外宣传的第一平台，它包含了产品的各类信息。所以视觉传感器常用于流水线上包装盒上相关产品日期、编号信息的自动检测系统。它利用线阵CCD 配合包装盒的一维运动获取目标图像，然后由计算机对图像进行处理，检测出日期编号等信息的遗漏与正确与否，并据此
发出相应的控制指令给执行机构，达到自动检测的目的。
7视觉传感器的优缺点
在这类包装的运用上，视觉传感器的优点得到了很好的展示，首先，简单，快速，高效的工作能力代替了原来成就复杂的人力和价格昂贵的视觉系统，其次，一般来说视觉传感器所占的位置相对来说都比较小，有效的节约了厂区面积。最后，视觉传感器由于具有人工智能，准确度得到了保证。或许目前正是由于视觉传感器所具有的特性，在越来越多的工厂，那些大批量生成同类产品的场合，视觉传感器因其特有的优势而得到了广泛的运用。
但是现有的视觉传感器因为受到摄像机标定过程复杂，精度不高等限制，多用在被测对象差异不大，大批量，重复性强的工作环境中，而在对被测对象个体差异加大的测量场合运用却很少。比如一般在流水线上，生产的是同一批产品而却他们的差别不大，但是如果运用到了一些大型生产线，而却生产的产品不同或者检测的要求不一样的时候，这时候视觉传感器就显得捉襟见肘了。
8视觉传感器的发展趋势
随着科技的不断进步，视觉传感器的安装和使用将越来越简单，在更多应用中会提供更高性能的视觉感知力。具有尺寸小，功耗低价格低廉等特点，在未来研究发展中其功能会更加强大。
比如一体化设计的视觉传感器。
视觉传感器适用于快速捕捉画面，监测部件尺寸，监测一定类别的缺陷等，其操作方式简单易学，简化了系统的设置，也减少了可以从事的应用范围。视觉传感器尚未达到每秒兆级字节的传输速率，故对于有特殊需求的仍需要完善的机器视觉系统。对于简单的视觉任务视觉传感器是最佳选择。
需求决定产品，只有满足需求的产品才有生存的空间，这是不变的规律，传感器也是如此。
8.1 产业化的发展对视觉传感器的需求上升
我国已经成为全球集成电路的一个重要需求市场，IC 测试业已初具雏形，半导体和电子市场已初具规模，而面对如此强大的半导体产业将需要高质量的技术做后盾。同时它对产品的高质量，高集成度的要求将越来越高，恰巧，视觉传感器能帮助他们解决以上的问题，因此，该行业监视视觉传感器最好的用武之地，同时，对于视觉穿透感器的需求将蒸蒸日上。
8.2 统一标准是视觉传感器行业发展的原动力
未来，视觉传感产品的好坏不能厚通过单一的因素来衡量，应该逐渐安装共计划的统一标准来判定，随着中国自动化的逐步开放，将带领与其相关的产品技术也逐渐开放。因此，依靠封闭的技术难以促进整个行业的发展，只有形成统一而开放的标准才能让更多的厂商在相同的平台上开发产品，这也是促进中国视觉传感器朝国际化水平发展的原动力。
8.3 标准化，一体化是视觉传感器的必经之路
由于机器视觉是自动化的一部分，没有自动化就不会有机器视觉，视觉传感器软件产品正逐渐成为协作生产制造过程中不同阶段的核心系统，无论是用户还是硬件供应商都将视觉传感产品作为生产线上信息收集的工具，这就要求视觉传感器产品大量的采用“标准化技术“，直观的说就是要随着自动化的发展而逐渐开放，可以根据用户的需求进行二次开发。当今，自动化企业在倡导软硬一体化解决方案，视觉传感器在未来也应该不单纯是只提供产品的供应商而是逐渐向一体化解决方案的系统集成商迈进。
机器视觉的初期投资在国内劳动力成本较低的大背景下无疑是每一个准备购买的人需要考虑的问题，这也给机器视觉系统提出了更高的要求，无论是价格还是性能。基于以上的认识，业内人士建议，在这一新产品的成长阶段，早期的市场培育，客户培育，或者说系统集成商的培育是非常重要的。机器视觉的未来是非常乐观，也是充满信心的。相信在不断提高自己的前提下，随着国内自动化程度的提高，整个社会对产品质量要求的提升，制造业对生产效率要求的提升，机器视觉这个新产品，新概念也会深入人心。 就像现在的自动化强国当初经历过
的这些阶段一样，在更大的市场上也会有更大的成绩。所以说机器视觉的未来是光明的，道路也是漫长的。但是我们知道国内的机器视觉发展一旦起步，速度将是惊人的。
9结束语
对于视觉传感器而言们这是一个激动人心的时刻，曾经需要大量专业知识的技术，现在变得经纪实用。采用该技术在未来产品开发将继续此趋势。现在的挑战是如何让国内生产商，用户以及二者的桥梁集成商意识到视觉传感器在所有制造领域的潜力，其中包括质量控制，测量和检验流程，另外视觉传感器的初期投资在国内劳动力成本较低的大背景下无疑是每一个准备购买的人需要考虑的问题，这也给视觉传感器的产品提出了更高的要求，无论是价格还是性能。但是们视觉传感器的未来是非常乐观，也是充满信心的，在未来几年内，随着我国加工制造也的发展，对于视觉传感器的需求也是逐渐增多，随着视觉传感器产品的增多，技术的提高，国内视觉传感器的运用状况将由初期的低端转向高端， 视觉传感器的介入，自动化将朝着更智能，更快速的方向发展，另外，由于用户的需求是多样化的而却要求程度也不一样，那么，个性化方案和服务在竞争中将日益重要，即用特殊定制的产品来代替标准化的产品也是视觉传感器未来发展的一个取向，视觉传感器的运用也将进一步促进自动化技术向智能化发展。
结论
本文在分析了当前视觉传感器发展方向和应用前景的基础上，提出了视觉传感器应用于工业检测上的优势，并结合视觉传感器功能及组成特点，分析了视觉传感器在饮料罐装线上的检测方法，重点介绍了饮料罐装线上的液位检测。 本文主要完成的工作有：
1. 针对视觉传感器的特点和要求，比较了视觉传感器和视觉系统，光电传感器和人工检测的，分析了视觉传感器的特点和优势。
2. 介绍了视觉传感器的工作原理与组成。
3. 介绍了部分代表性的视觉传感器产品。
4. 探讨了目前视觉传感器广泛运用的范围。
5. 分析了视觉传感器在饮料包装机械上的几类运用。
6. 详细研究了关于视觉传感器的饮料液位检测方法。
7. 论述了视觉传感器的优点，不足以及视觉传感器的发展趋势。
参考文献
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[5] 周晓慧，许传军．印染生产线监控系统设计与实现[J]．机 电工程，2008，25(1)：50—52．
[6] 梅鸿，姜 淳，王新生．基于机器视觉的回收电度表智
[7]视觉传感器优势凸显应用范围不断扩展 林蕾
题
姓
院
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班
目 ：视觉传感器在包装机械上的应用 名 ： 张 坤 学 号：0902090549 系 ： 机械工程学院 业 ： 机械设计制造及其自动化 级 ： 机械095班
摘要：工业自动化生产技术的飞速发展，对现代生产的检测技术提出了新的要求，现在生产同时提出实时，在线，非接触检测以控制生产过程，提高生产效率及产品的合格率，这是许多传统的检测方法无法提供的。现代工业生产的制造精度也大大提高，需要相应的高精度的检测方法，传统的检测手段早已经无法满足现在化生产检测的要求，需要新型产品检测技术来适应现代生产的要求，视觉传感器的检测技术是近年来发展的一门新兴检测技术，采用自动化与智能化，通过计算机识别和控制，测量过程只需要很少的人工干预就可以完成，视觉传感器的检测技术具有非接触，测量速度快，自动化程度高，精度高等优点，很适合现在花先进制造业高度自动化的要求。而我们知道绝大多数的产品，包装都是必不可少的最后一道工序，对产品的质量起着至关重要的影响。包装不仅直接对产品的安全起了保护作用，而却在一定程度上对企业进行了宣传，更代表着公司的形象。所以包装是非常重要的一道工序。
关键词：视觉传感器 包装 检测
1 绪论
现代工业生产技术的不断发展，加快了现代化工业大生产的节拍，为了使视觉检测系统满足于现代大生产的告诉生产节拍，视觉检测系统在检测速度方面还有待进一步的提高，传统的视觉检测系统中，由图像传感器将图像数据传送到计算机，由计算机中的图像采集卡对图像进行采集，并利用高级语言编写的程序对图像进行处理，这种方法除了成本高，开发周期长以外，还不利于集成化设计，而随着微电子技术和集成电路制造技术的发展，这种视觉检测系统也发生了一定的变化，由主要依托计算机视觉检测系统转变为将图像的采集，处理与通信功能集成与单一相机内的视觉传感器，其具有多功能，模块化，搞可靠性，易于实现的特点。同时，由于应用了最新的DSP,FPGA 以及大容量存储技术，其智能化程度不断提高，使其可以完成大多数的视觉检测任务。
2 视觉传感器的工作原理
视觉传感器具有从一整幅图像捕获光线的数以千计的像素能力，它的主要部件就是照相机或者摄像机，通过镜头图像传感器（一般是CCD 和CMOS 类型）采集图像，然后将该图像传送至处理单元（基于PC 的系统，处理单元通常就是P C 的CPU ，而只能摄像头的处理单元一般是DSP ），通过数字化吃力，运用不同的算法来提高对结论有重要影响的图像要素，根据像素分布，亮度，颜色等信息进行尺寸，形状，颜色等得测量和判断，进而经纪判别的结果来控制现在设备的动作，其功能主要包括物体定位，特征检测，缺陷判断，目标识别，计数和运动跟踪。视觉传感器通常因为其精确性，易用性，丰富功能以及合理的成本而成为各大厂家的最佳选择。例如，若视觉传感器被设定为辨别正确地插有八颗螺栓的机器部件，则传感器知道应该拒收只有七颗螺栓的部件，或者螺栓未对准的部件。此外，无论该机器部件位于视场中的哪个位置，无论该部件是否在 360 度范围内旋转，视觉传感器都能做出判断。
3视觉传感器的优势
目前企业在检测的备选方案中，一般有视觉系统，光电传感器，人工检验，以及视觉传感器，由于具有准确性，易用性，低成本，视觉传感器成为了最好的选择。
3.1 视觉传感器与视觉系统的比较：
众所周知，视觉系统作为一种复杂，成熟的技术，是可以进行各项精细的自动检测的，但是正是由于其复杂性和高成本，妨碍了它在许多行业中的推广，这就好比一句俗语“杀鸡焉用牛刀”，其价格一般在几万人民币以上，而却这些复杂的视觉系统系要一个或者多个摄像头，定制的软件以及一台计算机，并且需要聘请外部视觉顾问来设计，集成，安装系统，鉴于此类系统的专用性和成本，很难将他们轻松的改作他用，这些复杂的系统需要持续的专业支持。
尽管对复杂视觉系统的需求仍然存在，但是由于更廉价，共容易使用的视觉传感器的推出，因其具有较高的性价比，所以企业会采用这种视觉传感器来解决各类问题，因此，视觉传感器在工厂自动化的品质提高及生产效率的改进方面功不可没。
3.2视觉传感器与光电传感器的比较：
与光电传感器相比, 视觉传感器赋予机器设计者更大的灵活性. 以往需要多个光电传感器的应用, 现在可以用一个视觉传感器来检验多项特征. 视觉传感器能够检验大得多的面积, 并实现了更佳的目标位置和方向灵活性. 这使视觉传感器在某些原先只有依靠光电传感器才能解决的应用中受到广泛欢迎. 在传统上, 这些应用还需要昂贵的配件, 以及能够确保目标物体始终以同一位置和姿态出现的精确运动控制.
此外, 由于一个基本视觉传感器的成本仅相当于数个具有较贵配件的光电传感器, 因此价格已不再是问题.
视觉传感器为应用的切换提供了无与伦比的灵活性. 例如, 生产工序的切换(从单份装酸奶切换成冰淇淋桶) 可能仅需数秒钟, 并且可遥控完成. 附加的检验条件可轻松地添加到此应用中。
3.3视觉传感器与人工检测的比较：
人工检测既是一件费时费工，同时，又不能较好的保证产品质量的一种选择，较之于视觉传感器，他的种种弊端也就显露无余，在这个科技日与发达的社会，人工检测所运用的范围也越来越狭窄。
4部分代表产品
4.1邦纳视觉传感器：
邦纳视觉传感器具有紧凑的外形尺寸，适合安装在空间有限的场合，而且他是两件式设计，可以提高性能的视觉检测，他的每种信号都具有灰度视觉工具，包括定位，图形查找和计数，CEO 查找和计数，边缘工具，二值化，平均灰度和测量，他还可以提供带条码的读取功能的信号，并支持九种语言的软件设置界面，可以通过以太网，可编程I/O和串行口通讯，还可以通过远程视教功能进行检测程序的切换，无需PC 即可设定，支持10到30V 的直流电压，输入输出I/O的类型（NPN 或PNP ）和功能可以通过设置软件进行设置。无需通过PC ，可直接与监视器相连进行监测，而却有多种安装支架，镜头和官员可以选择。
现在运用较多的有Presence PLUS P4传感器，其特点有：
1. 能进行360°视场范围内进行细节，标签检测，部件识别和装配确认，无需考虑部件方位，省略了常规视觉传感器的严格定位要求。
2. 采用128*100CMOS成像器件，可实现高达6000件/分钟的可靠检测，满足现代高速生产的要求。
3. 集成式传感器与控制器一体，结构简单紧凑。
4.2欧姆龙 智能视觉传感器 ：
欧姆龙智能视觉传感器保持着“Smart Recipe”智能化视觉理念，仅需要“选择最优画面”→“目标检索”→“位置补偿”这三步设置就可使用户完成对样品的检验，他性能卓越，包含了Patten （图形检索），Defect （缺陷检测），Region(区域面积) ，Bright(明暗检测) ，Position(位置检测) ，Width(宽度检测) ，Count(计数) 等视觉传感器的所有基础功能，兵附带位置修正，高速检测，测量值定标，画面预处理，HUE 彩色/黑白建设，128
设定区域等功能。而可以检测出细微却别的
（原来图像匹配难以检测出来）“Sensitive Search”，不容易受噪音和背景影响的“Graphic Search ”, 以及可吸收对象物形状误差而防止错误判断的“Flexible Search ”等高端功能改传感器也具有。
一般来说欧姆龙视觉传感器具有如下特点：
1. 几乎可以满足所有领域的检测需要，在测量之下还可以进行细致的辅助测量，如定标，位置补偿，表达式等。
2. 在没有使用存储卡的情况下，可以设置32个工件画面。这32个工件画面隶属于工件组0，是存储在控制器的闪存中的。在使用了128兆存储卡后，最多可以存储32个工件组，1024个工件画面。
3共有4中可选的通讯方式：并口用于与外部设备以数字I/O的方式通信；串行接口菜单操作用于通过个人电脑的键盘代替小控制器完成对F160菜单的设置操作；普通串行接口用于以无协议方式于外部设备（PC ）通信；上位链接串行接口，与PLC 等带有串行接口的外部设备以发送或接收指令码的方式通信。后两种通讯方式只有专家菜单支持。
4可以设置视觉系统启动后自动进入的状态。在显示的屏幕上定制个性显示。智能照明或普通照明可选。随时检查系统信息。密码保护放置无关人员随意更改设置。
4.3康耐视视觉传感器（Checker 3G）:
康耐视视觉传感器(3G)型号包含一流的Checker 视觉传感器系列的所有能共，最重要的是另外额外的软件传感器，他可以核查物体得高度，宽度，直径，并为高速运转的生产线提供可靠的合格/不合格的判断能力。
其特点有：
1 可配置为有无检测传感器或者尺寸测量传感器。
2 无需电脑安装。
3 高速高清配置。
4.4 SICK Inspector I40:
拥有VGA 分辨率（640 x 480）的高速检查功能 功能强大的模版匹配算法用于定位物体，就算物体的位置变化、存在旋转或产生缩放都不受影响 , 强大的细节检查工具---“模版检查” , 通过FTP 可以不受限制地保存图像, 只要通过简单的设置就可以实现PLC 通信控制, 拥有非常丰富的附件，配置灵活, 增加了参考物体的数量 , 简单易用的PC 配置功能，同时支持离线仿真分析功能 。
其特点有：
1. 更大的检测范围，更长的工作距离，给您更多选择！
2. 具有更宽的视场和更长的工作距离。它通过计算颜色象素来判断一个物体
的好与坏。集成的设置按钮和显示屏使您的应用解决方案可以快速且容易地得以实现。
3紧凑而坚固的塑料外壳和独特的塑料前面板（非玻璃材料），可以使用于食品生产行业。IP67的防护等级，使它适用于各种苛刻的工业环境。 5 视觉传感器的运用领域
还在几年之前，针对产品的包装，以往工厂大多采用人工的形式进行检测，然而，随着社会的不断发展，科技的日新月异，企业生产水平的提高，这种落后陈旧的方式也就很难满足企业连续地，大批量的产品需求。在国内的一些生产企业里，一般都要还几名工人去完成产品最后的检测工序。 随着各行业竞争越来越激烈，利润率逐渐变小，制造商无法承受因瑕疵产品造成的高废品率。但是，由于视觉传感器的运用，不仅可以逐步的代替人工去完成这项复杂繁重的检修工作，而却其高效的可靠性，以及低成本的优势，在越来越多的企业里得到了推广。利用视觉传感器，企业可以高效的完成对产品的包装检测，还可以正确的读取产品的包装信息，从而对产品进行有效的追踪。
视觉传感器的低成本和易用性使其进入各个领域，那些曾经需要人工，观点传感器或者根本不需要检测的环节，现在都可以插入视觉传感器来检测其质量。视觉传感器在工业上的运用包括检验，计量，测量，定向，瑕疵检测和分验。而在包装生产线上，则有大量的运用。
以下只是一些应用范例：
◆ 在汽车组装厂，检验由机器人涂抹到车门边框的胶珠是否连续，是否有正确的宽度。
◆ 在瓶装厂，校验瓶盖是否正确密封、装灌液位是否正确，以及在封盖之前没有异物掉入瓶中
◆ 在包装生产线，确保在正确的位置粘贴正确的包装标签
◆ 在药品包装生产线，检验阿斯匹林药片的泡罩式包装中是否有破损或缺失的药片。
◆ 在金属冲压公司，以每分钟逾150片的速度检验冲压部件，比人工检验快13倍以上。
6视觉传感器在饮料生产线上的运用 鉴于视觉传感器在社会生活生产中如此广泛的运用，下面主要探讨一下视觉传感器在包装工程，尤其是在液位检测方面的运用。
我们都知道，饮料在现代社会非常流行，随处可见的青少年都喜欢喝各式各样的饮料。但是，饮料的包装不当也会带来一定的危害，比如有的瓶装饮料要求密封，这就要求瓶口与瓶盖之间的缝隙要满足要求，还有饮料是否足量以及瓶身上面各类贴码标签是否正确粘贴。而视觉传感器可以运用于此行业，其功能有确认有无，尺寸位置的测量，方向家督的判断，表面瑕疵以等运用。以下介绍的是视觉传感器在液体灌装检测的一些介绍，重点介绍液位检测的方法。
我们知道，在饮料行业中，视觉传感器运用的非常广泛，其主要可以用来检测的项目有：瓶口的检测，瓶塞位置的检测，液位的检测，贴标的检测以及托盘计数的检测，而液位的检测将作为重点为大家做介绍。
6.1 灌装后瓶口是否有破损
因为瓶口直接关系到饮料中中是否混入各类细小的杂质或者塑料，这些东西的摄入会对人的身体产生一定的危害。运用视觉传感器可以很好的解决这个问题，通过图形匹配工具来判断瓶口是否破损，一般在检测之前，先要让视觉传感器“看”一下正常瓶口的特征，把正确的特征记录在内存中，在生产线上，当灌装好的饮料瓶经过视觉传感器的镜头的时候，传感器会捕捉瓶口的特征，然后与原来储存的正常瓶口特征进行比较，看他们是否一致，如果瓶口特征不一样，传感器会发出相应的信号让剔除装置将其剔除，一般来说，用户可以通过视觉软件根据瓶口的特征来设定相似程度，假设我们设定90%，也就是说当被检测的瓶口的特征与传感器记忆的瓶口特征相似度达到90%及以上的时候，传感器会默认这个瓶口的标准的，经过这道检测，我们可以把瓶口有损的饮料瓶剔除。
6.2 瓶盖检测
在此饮料生产线上我们也经常关注这样一个问题，压盖后盖子是否压装到位，事先视觉传感器内存会储存正常的也就是好盖得图像（如图）然后与捕捉到的图像进行比较，当出现盖高，盖歪等一系列与标准瓶盖不符的图形时，系统会将其剔除。
6.3液面高度的检测原理
液位检测系统总体上结构图如所示，主要由三部分组成：实现数据的管理，统计，打印，分析和显示功能的管理单元，对检测机进行监控的PLC 操作站，以及由视觉传感器，光源，光电传感器组成的液位检测机。
图中编号代表了信号和数据的流程，1 漫反射式光电开关触发视觉传感器采集图像并加以处理，2 如果检测到的液位信息不合格，视觉传感器通过I/O模块发送信号给PLC ，3 PLC根据视觉传感器的触发信号，利用内部的计数器定位不合格瓶的位置，并驱动执行机构将不合格品剔除，4 实时检测灌装线的运动状态，并传递给PLC ，5 根据灌装线的状态，通过变频电机等传动装置，驱动检测机内的传送带，并调节系统内药瓶的传送速度，合理分离瓶距，6 视觉传感器将处理结果通过以太网传送到远程PC 和管理PC 用于分析和管理，7管理PC 通过以太网向检测机下达检测命令和接受数据，8 远程PC 通过以太网对生产线上的检测机进行统筹管理。
检测机与管理单元的通信主要是通过以太网进行，网络接口实现了上述两部分的互联。PLC 操作站通过接受视觉传感器和光电传感器的检测信号完成剔除和控制传送带的操作，检测机的平面俯视图图如6.3所示：
Presence PLUS P4
– 直角式或直线式
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– 一体式 功能强大或专用功能产品 4 I/O 640x480/1280x1024 可远程示教 标准NTSC 视频接口 Ethernet 和RS232连接 4个可编程I/O 可储存999个程序
生产线上视觉传感器的液位检测
视觉传感器的安装图
综可知饮料灌装线上的详细流程：
首先是灌装后的药品到达”1”位置时产生触发信号，此信号为一开关信号，通过I/O模块开启光源（2）和启动视觉传感器（3）采集图形。然后利用图像采
集卡将模拟信号的图像数据进行转换，从而变成数字图像数据并将之传给PC 机。数字图像数据可以通过检测系统，并在图像标定、图像预处理、图像分析等操作后得出检测结果，把不合格产品的信息下传给PLC ，由PLC 控制分选装置完成不合格品的分选，同时在显示器上显示出来。当然
PC 机内会实现存储好标准的液面图形, 当检测的结果与存储的图形不符合的时候，产生触发信号送入PLC ，PLC 驱动剔除阀除不合格产品。
如图，事先整个系统内部会储存标准的液位图（如图5.3a ）, 这是标准的液面，但是，如果当视觉传感的镜头捕获到的画面低于标准的液面的时候，一般是PC 机进行自动的液位到瓶盖的高度的比较，如图（5.3b ）的时候，数字图像数据传给PC 机进行分析，当h2小于h1的时候显示为不合格，然后偶传达PLC 信号，由PLC 进行剔除指令。当液面高于标准的时候（5.3c ），PC 机分析为合格。
5.3a 标准液位 5.3b 非标准液位（不合格） 5.3c 非标准液位（合格）
6.4 贴标检测
在饮料品进行行了液位检测之后，就是最后的贴标的检测工序了，在这里也将会用到视觉传感器，因为标签作为一个产品对外宣传的第一平台，它包含了产品的各类信息。所以视觉传感器常用于流水线上包装盒上相关产品日期、编号信息的自动检测系统。它利用线阵CCD 配合包装盒的一维运动获取目标图像，然后由计算机对图像进行处理，检测出日期编号等信息的遗漏与正确与否，并据此
发出相应的控制指令给执行机构，达到自动检测的目的。
7视觉传感器的优缺点
在这类包装的运用上，视觉传感器的优点得到了很好的展示，首先，简单，快速，高效的工作能力代替了原来成就复杂的人力和价格昂贵的视觉系统，其次，一般来说视觉传感器所占的位置相对来说都比较小，有效的节约了厂区面积。最后，视觉传感器由于具有人工智能，准确度得到了保证。或许目前正是由于视觉传感器所具有的特性，在越来越多的工厂，那些大批量生成同类产品的场合，视觉传感器因其特有的优势而得到了广泛的运用。
但是现有的视觉传感器因为受到摄像机标定过程复杂，精度不高等限制，多用在被测对象差异不大，大批量，重复性强的工作环境中，而在对被测对象个体差异加大的测量场合运用却很少。比如一般在流水线上，生产的是同一批产品而却他们的差别不大，但是如果运用到了一些大型生产线，而却生产的产品不同或者检测的要求不一样的时候，这时候视觉传感器就显得捉襟见肘了。
8视觉传感器的发展趋势
随着科技的不断进步，视觉传感器的安装和使用将越来越简单，在更多应用中会提供更高性能的视觉感知力。具有尺寸小，功耗低价格低廉等特点，在未来研究发展中其功能会更加强大。
比如一体化设计的视觉传感器。
视觉传感器适用于快速捕捉画面，监测部件尺寸，监测一定类别的缺陷等，其操作方式简单易学，简化了系统的设置，也减少了可以从事的应用范围。视觉传感器尚未达到每秒兆级字节的传输速率，故对于有特殊需求的仍需要完善的机器视觉系统。对于简单的视觉任务视觉传感器是最佳选择。
需求决定产品，只有满足需求的产品才有生存的空间，这是不变的规律，传感器也是如此。
8.1 产业化的发展对视觉传感器的需求上升
我国已经成为全球集成电路的一个重要需求市场，IC 测试业已初具雏形，半导体和电子市场已初具规模，而面对如此强大的半导体产业将需要高质量的技术做后盾。同时它对产品的高质量，高集成度的要求将越来越高，恰巧，视觉传感器能帮助他们解决以上的问题，因此，该行业监视视觉传感器最好的用武之地，同时，对于视觉穿透感器的需求将蒸蒸日上。
8.2 统一标准是视觉传感器行业发展的原动力
未来，视觉传感产品的好坏不能厚通过单一的因素来衡量，应该逐渐安装共计划的统一标准来判定，随着中国自动化的逐步开放，将带领与其相关的产品技术也逐渐开放。因此，依靠封闭的技术难以促进整个行业的发展，只有形成统一而开放的标准才能让更多的厂商在相同的平台上开发产品，这也是促进中国视觉传感器朝国际化水平发展的原动力。
8.3 标准化，一体化是视觉传感器的必经之路
由于机器视觉是自动化的一部分，没有自动化就不会有机器视觉，视觉传感器软件产品正逐渐成为协作生产制造过程中不同阶段的核心系统，无论是用户还是硬件供应商都将视觉传感产品作为生产线上信息收集的工具，这就要求视觉传感器产品大量的采用“标准化技术“，直观的说就是要随着自动化的发展而逐渐开放，可以根据用户的需求进行二次开发。当今，自动化企业在倡导软硬一体化解决方案，视觉传感器在未来也应该不单纯是只提供产品的供应商而是逐渐向一体化解决方案的系统集成商迈进。
机器视觉的初期投资在国内劳动力成本较低的大背景下无疑是每一个准备购买的人需要考虑的问题，这也给机器视觉系统提出了更高的要求，无论是价格还是性能。基于以上的认识，业内人士建议，在这一新产品的成长阶段，早期的市场培育，客户培育，或者说系统集成商的培育是非常重要的。机器视觉的未来是非常乐观，也是充满信心的。相信在不断提高自己的前提下，随着国内自动化程度的提高，整个社会对产品质量要求的提升，制造业对生产效率要求的提升，机器视觉这个新产品，新概念也会深入人心。 就像现在的自动化强国当初经历过
的这些阶段一样，在更大的市场上也会有更大的成绩。所以说机器视觉的未来是光明的，道路也是漫长的。但是我们知道国内的机器视觉发展一旦起步，速度将是惊人的。
9结束语
对于视觉传感器而言们这是一个激动人心的时刻，曾经需要大量专业知识的技术，现在变得经纪实用。采用该技术在未来产品开发将继续此趋势。现在的挑战是如何让国内生产商，用户以及二者的桥梁集成商意识到视觉传感器在所有制造领域的潜力，其中包括质量控制，测量和检验流程，另外视觉传感器的初期投资在国内劳动力成本较低的大背景下无疑是每一个准备购买的人需要考虑的问题，这也给视觉传感器的产品提出了更高的要求，无论是价格还是性能。但是们视觉传感器的未来是非常乐观，也是充满信心的，在未来几年内，随着我国加工制造也的发展，对于视觉传感器的需求也是逐渐增多，随着视觉传感器产品的增多，技术的提高，国内视觉传感器的运用状况将由初期的低端转向高端， 视觉传感器的介入，自动化将朝着更智能，更快速的方向发展，另外，由于用户的需求是多样化的而却要求程度也不一样，那么，个性化方案和服务在竞争中将日益重要，即用特殊定制的产品来代替标准化的产品也是视觉传感器未来发展的一个取向，视觉传感器的运用也将进一步促进自动化技术向智能化发展。
结论
本文在分析了当前视觉传感器发展方向和应用前景的基础上，提出了视觉传感器应用于工业检测上的优势，并结合视觉传感器功能及组成特点，分析了视觉传感器在饮料罐装线上的检测方法，重点介绍了饮料罐装线上的液位检测。 本文主要完成的工作有：
1. 针对视觉传感器的特点和要求，比较了视觉传感器和视觉系统，光电传感器和人工检测的，分析了视觉传感器的特点和优势。
2. 介绍了视觉传感器的工作原理与组成。
3. 介绍了部分代表性的视觉传感器产品。
4. 探讨了目前视觉传感器广泛运用的范围。
5. 分析了视觉传感器在饮料包装机械上的几类运用。
6. 详细研究了关于视觉传感器的饮料液位检测方法。
7. 论述了视觉传感器的优点，不足以及视觉传感器的发展趋势。
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