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    工业机器人视觉系统在工业中得到了广泛的应用，这不光设计到了计算机、图像、模式识别等领域，但对于其工作原理都不甚了解。需要明白的是：了解清楚工业机器人视觉系统的工作过程，可以更好的完善系统以及促进其发展。

    一套完整的工业机器人视觉系统的工作过程如下：

    1、工件定位检测器探测到物体已经运动至接近摄像系统的视野ZX，向图像采集部分发送触发脉冲。

    2、图像采集部分按照事先设定的程序和延时，分别向摄像机和照明系统发出启动脉冲。

    3、摄像机停止目前的扫描，重新开始新的一帧扫描，或者摄像机在启动脉冲来到之前处于等待状态，启动脉冲到来后启动一帧扫描。   

    4、摄像机开始新的一帧扫描之前打开曝光机构，曝光时间可以事先设定。

    5、另一个启动脉冲打开灯光照明，灯光的开启时间应该与摄像机的曝光时间匹配。

    6、摄像机曝光后，正式开始一帧图像的扫描和输出。

    7、图像采集部分接收模拟视频信号通过A/D将其数字化，或者是直接接收摄像机数字化后的数字视频数据。

    8、图像采集部分将数字图像存放在处理器或计算机的内存中。

    9、处理器对图像进行处理、分析、识别，获得测量结果或逻辑控制值。

    10、处理结果控制流水线的动作、进行定位、纠正运动的误差等。

    机器视觉就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。在生产线上，人来做此类测量和判断会因疲劳、个人之间的差异等产生误差和错误，但是机器却会不知疲倦地、稳定地进行下去。一般来说，机器视觉系统包括了照明系统、镜头、摄像系统和图像处理系统。对于每一个应用，我们都需要考虑系统的运行速度和图像的处理速度、使用彩色还是黑白摄像机、检测目标的尺寸还是检测目标有无缺陷、视场需要多大、分辨率需要多高、对比度需要多大等。从功能上来看，典型的机器视觉系统可以分为：图像采集部分、图像处理部分和运动控制部分。

    一套完整的机器视觉系统的主要工作过程：

    1、工件定位检测器探测到物体已经运动至接近摄像系统的视野ZX，向图像采集部分发送触发脉冲。

    2、图像采集部分按照事先设定的程序和延时，分别向摄像机和照明系统发出启动脉冲。

    3、摄像机停止目前的扫描，重新开始新的一帧扫描，或者摄像机在启动脉冲来到之前处于等待状态，启动脉冲到来后启动一帧扫描。

    4、摄像机开始新的一帧扫描之前打开曝光机构，曝光时间可以事先设定。

    5、另一个启动脉冲打开灯光照明，灯光的开启时间应该与摄像机的曝光时间匹配。

    6、摄像机曝光后，正式开始一帧图像的扫描和输出。

    7、图像采集部分接收模拟视频信号通过A/D将其数字化，或者是直接接收摄像机数字化后的数字视频数据。

    8、图像采集部分将数字图像存放在处理器或计算机的内存中。

    9、处理器对图像进行处理、分析、识别，获得测量结果或逻辑控制值。

    10、处理结果控制流水线的动作、进行定位、纠正运动的误差等。

    从上述的工作流程可以看出，机器视觉是一种比较复杂的系统。因为大多数系统监控对象都是运动物体，系统与运动物体的匹配和协调动作尤为重要，所以给系统各部分的动作时间和处理速度带来了严格的要求。在某些应用领域，例如机器人、飞行物体导制等，对整个系统或者系统的一部分的重量、体积和功耗都会有严格的要求。

    镜头的选择过程，是将镜头各项参数逐步明确化的过程。作为成像器件，镜头通常与光源、相机一起构成一个完整的图像采集系统，因此镜头的选择受到整个系统要求的制约。一般地可以按以下几个方面来进行分析考虑：

一、波长、变焦与否

    镜头的工作波长和是否需要变焦是比较容易先确定下来的，成像过程中需要改变放大倍率的应用，采用变焦镜头，否则采用定焦镜头就可以了。

关于镜头的工作波长，常见的是可见光波段，也有其他波段的应用。是否需要另外采取滤光措施？单色光还是多色光？能否有效避开杂散光的影响？把这几个问题考虑清楚，综合衡量后再确定镜头的工作波长。

二、特殊要求优先考虑

    结合实际的应用特点，可能会有特殊的要求，应该先予明确下来。例如是否有测量功能，是否需要使用远心镜头，成像的景深是否很大等等。景深往往不被重视，但是它却是任何成像系统都必须考虑的。

三、工作距离、焦距

    工作距离和焦距往往结合起来考虑。一般地，可以采用这个思路：先明确系统的分辨率，结合CCD像素尺寸就能知道放大倍率，再结合空间结构约束就能知道大概的物像距离，进一步估算镜头的焦距。所以镜头的焦距是和镜头的工作距离、系统分辨率（及CCD像素尺寸）相关的。

四、像面大小和像质

    所选镜头的像面大小要与相机感光面大小兼容，遵循“大的兼容小的”原则——相机感光面不能超出镜头标示的像面尺寸——否则边缘视场的像质不保。

像质的要求主要关注MTF和畸变两项。在测量应用中，尤其应该重视畸变。

五、光圈和接口

镜头的光圈主要影响像面的亮度。但是现在的机器视觉中，Z终的图像亮度是由很多因素共同决定的：光圈、相机增益、积分时间、光源等等。所以为了获得必要的图像亮度有比较多的环节供调整。

镜头的接口指它与相机的连接接口，它们两者需匹配，不能直接匹配就需考虑转接。

六、镜头的其它类别：

    线阵镜头：配合线阵相机使用的镜头。采用扫描式的工作方式，需要镜头与目标相对运动，每次曝光成像一条线，多次曝光组成一幅图像。线阵扫描成像的特点：CCD线阵方向的图像分辨率固定，而在目标的运动方向上，空间采样频率与运动的相对速度有关。

    从成像的角度讲，线阵镜头和其它类型的镜头并没有本质的差异。只是对镜头的使用方式不同而已。

    显微镜头：为了看清目标的细节特征，显微镜头一般使用在高分辨率的场合。它们基本的特点是工作距离短，放大倍率高，视场小。

    远心镜头：物方主光线平行于光轴主光线的会聚ZX位于物方无限远，称之为物方远心光路。作用：可以消除物方由于调焦不准确带来的测量误差。

    工业机器人Z早应用于汽车制造领域，但技术发展至今，工业机器人的应用早已不局限于某个领域，现代工业的方方面面都有工业机器人的身影。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。工业机器人的分类方式很多，可以按机械结构、操作机坐标形式和程序输入方式等进行分类，下面就盘点一下工业机器人的种类：

1.关节机器人

    关节机器人也称关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中Z常见的工业机器人的形态之一。适合用于诸多工业领域的机械自动化作业，比如，自动装配、喷漆、搬运、焊接等工作。机器人前3个关节决定机器人在空间的位置，后3个关节决定其姿态，多以旋转关节形式构成。

2.直角坐标机器人

    也称桁架机器人或龙门式机器人。是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机。其工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。特点：简单，控制方便，占地空间大。

3.串联和并联机器人

    串联机器人其串联式结构是一个开放的运动链，其所有运动杆并没有形成一个封闭的结构链。串联机器人的工作空间大，运动分析比较容易可以避免驱动轴之间的耦合效应。但其机构各轴必须要独立控制，并且需要搭配编码器和传感器来提高机构运动时的jing准度。

    而并联机器人和传统工业用串联机器人在应用上构成互补关系，它是一个封闭的运动链。并联机器人不易产生动态误差，无误差积累精度较高。另外其结构紧凑稳定，输出轴大部分承受轴向力，机器刚性高，承载能力大。但是，并联机器人在位置求解上正解比较困难，而反解容易。

4.平面SCARA机器人

    平面内运动，结构简单，性能优良，运算简单，适于精度较高的装配操作;SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动。这类机器人的结构轻便、响应快，Z适用于平面定位，垂直方向进行装配的作业。

机器视觉系统的原理

    通过光学系统，将需要拍摄的目标转换成为图像信号，再将图像信号传送至图像采集卡，并根据像素分布、亮度、颜色等信息，转换成为数字信号。

机器视觉系统的构成模块

    一个完整的机器视觉系统一般由光学系统(光源、镜头、工业相机)、图像采集单元、图像处理单元、执行机构及人机界面等模块组成，所有功能模块相辅相成，缺一不可。

1.照明(光源)

    照明是影响机器视觉系统输入的重要因素，光源系统的设计至关重要，直接关系到输入数据，即图像的质量和应用效果。

工程师需根据用户需求和产品特性，首先确定有效的照明条件，选择相应的照明装置，才能确保在此光照条件下生成的图像能突显出用户需要的目标信息特征。

    光源一般分为可见光源和不可见光源，工业上常用的可见光源有LED、卤素灯、荧光灯等;不可见光源主要为近红外光、紫外光、X射线等。LED光源是目前运用Z多的机器视觉光源，它具有效率高、寿命长、防潮抗震、节能环保等特点，是工程师在设计照明系统时的Z佳选择。不可见光源主要用来应对一些特定的需求，如管道焊接工艺的检测，由于不可见光的可穿透性，才能到达检测点。

2.镜头

    镜头是机器视觉系统中的重要组件，其作用是光学成像。镜头的主要参数有焦距、景深(DOF，Depth of Field)、分辨率、工作距离、视场(FOV，Field of View)等。

   景深，是指镜头能够获得Z佳图像时，被摄物体离此Z佳焦点前后的距离范围。

视场，表示摄像头所能观测到的Z大范围，通常以角度表示，一般说来，视场越大，观测范围越大。

    工作距离，是指镜头到被摄物体的距离，工作距离越长，成本越高。

    在设计机器视觉系统时，要选择参数与用户需求相匹配的镜头。

3.工业相机

    在机器视觉系统中工业相机必不可少，它就像人眼一样，用来捕获图像。相机按其感光器的不同，可分为：CCD相机;CMOS 相机。

    CCD—Charge Coupled Device

    CMOS —Complementary MetalOxide Semiconductor

    CCD相机的成本较高，但成像品质、成像通透性、色彩的丰富性等较CMOS相机出色很多。CCD相机按其使用的CCD感光元件可分为线阵式和面阵式两大类。

    线阵相机，是呈“线”状的，对图像的信息只能以行为单位进行处理，分辨率高，速度快，主要应用于工业、YL、科研等领域中，相配套的机器视觉系统上。

    面阵式相机则一次可以获得整幅图像的信息，价格相对便宜。

4.图像采集单元

    图像采集单元中Z重要的元件是图像采集卡，它是图像采集单元与图像处理单元的接口，用来将采集到的图像进行数字化，并输入、存储到计算机中。

图像处理单元包含大量图像处理算法。在取得图像后，用这些算法对数字图像进行处理，分析计算，并输出结果。

5.执行机构与人机界面

在完成图像采集和处理工作之后，需要将图像处理的结果输出，并做出与结果相匹配的动作，如剔废、报警等，并通过人机界面显示生产信息。

项目需求：1.螺丝检测，玩具上的螺丝是否漏装
                 2.开关检测，开关以及簧片是否漏装 
                 3.螺丝拧紧检测，螺丝是否到位拧紧

项目分析：1.金属反光
                由于螺丝是金属材质，在光源照射下会有反光的现象，难以区分，对打光要求高。
                 2.定位干扰
                 开关背后部分有相似构造，要精确定位需要高精度工业相机。
                 3.螺丝凹槽

                 螺丝不是平面向下拧紧，而是凹槽内拧紧，3D检测平面需要重新定位。

  
根据客户项目需求，检测需两个工位： 
diyi个工位检测螺丝，开关和簧片的有无 
第二个工位用3D检测螺丝是否拧紧 

运用机器视觉检测，实现自动化，徕深科技出品！

几何定位：

定位检测所需要高精度图像处理
定位重复精度1/40亚像素，旋转重复精度0.01度；
模板特征可编辑，模板尺度（Scale,比例）可搜索范围x1/10-x10

几何特征定位技术它能快速、准确地定位目标物体，且不受环境光线影响。
    对于复杂背景、覆盖、遮挡、对比度突变、大小比例变化等等都能稳定可靠地识别和定位。灰度相关性定位预测则能弥补其不足。

通过对状态的可视化，方便设定高精度轮廓搜索。
    为了适应各种用途，【几何定位】工具中备有各种参数可供调整，模板数据和测量对象的参数可实现可视化，调整缩放和公差参数，可对缺陷的容许度进行调整。

    在我们的日常生活中，我们经常使用许多使用嵌入式系统技术设计的电气和电子电路和套件。计算机，手机，平板，笔记本电脑，数字电子系统以及其他电子和电子设备都是使用嵌入式系统设计的。

什么是嵌入式系统？

     将硬件电路与用于提供项目解决方案的软件编程技术集成的电子系统称为嵌入式系统。通过使用这种嵌入式系统技术，可以在很大程度上降低电路的复杂性，这进一步降低了成本和尺寸。

嵌入式系统设计

    嵌入式系统基本上是电子系统，其可以被编程或非编程以基于应用来操作，组织和执行单个或多个任务。在实时嵌入式系统中，所有组装的单元基于嵌入微控制器的程序或规则集或代码一起工作。但是，通过使用这种微控制器编程技术，只能解决有限范围的问题。

嵌入式系统硬件

    每个电子系统都由硬件电路组成，类似地，嵌入式系统包括硬件，如电源套件，ZY处理单元，存储器件，定时器，输出电路，串行通信端口，以及系统应用专用电路元件和电路。

嵌入式系统软件编程

    嵌入式系统是硬件和软件的集成，嵌入式系统中使用的软件是一组指令，称为程序。嵌入式系统的硬件电路中使用的微处理器或微控制器被编程为通过遵循该组指令来执行特定任务。这些程序主要使用编程软件、编程语言编写。然后，程序被转储到嵌入式系统电路中使用的微处理器或微控制器中。

嵌入式系统的分类

    基于硬件和软件以及微控制器（8或16或32位）的复杂性，嵌入式系统主要分为不同类型。因此，基于微控制器的性能，嵌入式系统分为三种类型，小规模嵌入式系统，中型嵌入式系统，先进的嵌入式系统。

    此外，基于系统嵌入式系统的性能和功能要求分为四类：实时嵌入式系统、独立嵌入式系统、网络嵌入式系统、移动嵌入式系统。

焊接机器人的基本工作原理是示教再现，即由用户导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数、焊接参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。完成示教后，只需给机器人一个起动命令，机器人将精确地按示教动作，一步步完成全部操作，实际示教与再现。焊接机器人分弧焊机器人和点焊机器人两大类。弧焊机器人可以应用在所有电弧焊、切割技术及类似的工业方法中。Z常用的范围是结构钢和铬镍钢的熔化极活性气体保护焊(CO2焊、MAG焊)、铝及特殊合金熔化极惰性气体保护焊(MIC焊)、铬镍钢和铝的惰性气体保护焊以及埋弧焊。

    一套完整的弧焊机器人系统，应包括机器人机械手、控制系统、焊接装置、焊件夹持装置。夹持装置上有二组可以轮番进入机器人工作范围的旋转工作台。弧焊机器人通常有五个自由度以上，具有六个自由度的弧焊机器人可以保证焊枪的任意空间轨迹和姿态。点至点方式移动速度可达60m/min以上，其轨迹重复精度可达到±0.2mm。这种弧焊机器人应具有直线的及环形内插法摆动的功能，共六种摆动方式，以满足焊接工艺要求，机器人的负荷为5kg。

    点焊机器人使用Z多的领域应当属汽车车身的自动装配车间。点焊机器人由机器人本体、计算机控制系统、示教盒和点焊焊接系统几部分组成，由于为了适应灵活动作的工作要求，通常电焊机器人选用关节式工业机器人的基本设计，一般具有六个自由度：腰转、大臂转、小臂转、腕转、腕摆及腕捻。其驱动方式有液压驱动和电气驱动两种。其中电气驱动具有保养维修简便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等优点，因此应用较为广泛。点焊机器人按照示教程序规定的动作、顺序和参数进行点焊作业，其过程是完全自动化的，并且具有与外部设备通信的接口，可以通过这一接口接受上一级主控与管理计算机的控制命令进行工作。

在机器视觉、工业影像等实际应用中应该如何选择工业相机呢?

1、模拟相机&&数字相机

    模拟相机必须带数字采集卡，标准的模拟相机分辨率很低，另外帧率也是固定的。这个要根据实际需求来选择。另外模拟相机采集到的是模拟信号，经数字采集卡转换为数字信号进行传输存储。模拟信号可能会由于工厂内其他设备(比如电动机或高压电缆)的电磁干扰而造成失真。随着噪声水平的提高，模拟相机的动态范围(原始信号与噪声之比)会降低。动态范围决定了有多少信息能够被从相机传输给计算机。数字相机采集到的是数字信号，数字信号不受电噪声影响，因此，数字相机的动态范围更高，能够向计算机传输更精确的信号。

2、相机分辨率

    根据系统的需求来选择相机分辨率的大小,仅仅是用来做测量用，那么采用亚像素算法，130万像素的相机也能基本上满足需求，但有时因为边缘清晰度的影响，在提取边缘的时候，随便偏移一个像素，那么精度就受到了极大的影响。故我们选择300万的相机的话，还可以允许提取的边缘偏离3个像素左右，这就很好的保证了测量的精度。

3、CCD&&CMOS

    如果要求拍摄的物体是运动的，要处理的对象也是实时运动的物体，那么当然选择CCD芯片的相机为Z适宜。但有的厂商生产的CMOS相机如果采用帧曝光的方式的话，也可以当作CCD来使用的。又假如物体运动的速度很慢，在我们设定的相机曝光时间范围内，物体运动的距离很小，换算成像素大小也就在一两个像素内，那么选择CMOS相机也是合适的。因为在曝光时间内，一两个像素的偏差人眼根本看不出来(如果不是做测量用的话)，但超过2个像素的偏差，物体拍出来的图像就有拖影，这样就不能选择CMOS相机了。

4、彩色&&黑白

    如果要处理的是与图像颜色有关，那当然是采用彩色相机，否则建议你用黑白的，因为黑白的同样分辨率的相机，精度比彩色高，尤其是在看图像边缘的时候，黑白的效果更好。

5、传输接口

    根据传输的距离、稳定性、传输的数据大小(带宽)选择USB、1394、Camerlink、百兆/千兆网接口的相机。

6、帧率

    根据要检测的速度，选择相机的帧率一定要大于或等于检测速度，等于的情况就是你处理图像的时间一定要快，一定要在相机的曝光和传输的时间内完成。

7、线阵&&面阵

    对于检测精度要求很高，面阵相机的分辨率达不到要求的情况下，当然线阵相机是必然的一个选择。

8、CCD靶面

    靶面尺寸的大小会影响到镜头焦距的长短，在相同视角下，靶面尺寸越大，焦距越长。在选择相机时，特别是对拍摄角度有比较严格要求的时候，CCD靶面的大小，CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。因此在选择CCD尺寸时，要结合镜头的焦距、视场角一起选择，一般而言，选择CCD靶面要结合物理安装的空间来决定镜头的工作距离是否在安装空间范围内，要求镜头的尺寸一定要大于或等于相机的靶面尺寸。

    机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，机器视觉系统中，镜头相当于人的眼睛，其主要作用是将目标的光学图像聚焦在图像传感器（相机）的光敏面阵上，那么机器视觉工业镜头的相关专业术语我们不得不了解：

一、失真

可分为枕形失真和桶形失真，如下图示：

二、电视失真

实际边长的歪曲形状与理想的形状的百分比算出的值。

三、光学倍率

四、监视放大

计算方法：

例：VS-MS1＋10x镜头 1/2” CCD 照相机, 14”监视器上的成像

0.1mm的物体在监视器得到的是44.45mm的成像

※有时根据TV监视器的扫描状态，以上的简易计算将有一些变化。

五、解析度

表示了所能见到了2点的间隔0.61x 使用波长(λ)/ NA=解析度(μ)

以上的计算方法理论上可以计算出解析度，但不包括失真。

※使用波长为550nm

六、解像力

１mm中间可以看到黑白线的条数。单位（lp）/mm.

七、MTF（Modulation Transfer Function）

成像时再现物体表面的浓淡变化而使用的空间周波数和对比度。

八、工作距离（Working Distance）

镜头的镜筒到物体的距离

九、O/I（Object to Imager）

物像间距离即物体到像间的长度。

十、成像圈

成像尺寸φ，要输入相机感应器尺寸。

十一、照相机 Mount

C-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 17.526mm

CS-mount: 1" diameter x 32 TPI: FB: 12.526mm

F-mount: FB:46.5mm

M72-Mount: FB 厂家各有不同

十二、视野 (FOV)

视野指使用照相机以后看到的物体侧的范围

照相机有效区域的纵向长度（V）/光学倍率（M）＝视野（V）

照相机有效区域的横向长度（H）/光学倍率（M）＝视野（H）

＊技术资料上的视野范围是指由光源及有效区域的一般数值计算出来的值。

照相机有效区域的纵向长度（V）or（H）=照相机一个画素的尺寸×有効画素数（V）or（H）来计算。

十三、景深

景深是指成像后物体的距离。同样，照相机侧的范围称为焦点深度。具体的景深的值多少略有不同。

十四、焦距 (ｆ)

ｆ（Focal Length）光学系的后主点（H2）到焦点面的距离。

十五、FNO

镜头从无限远时，亮度表示的数值，值越小越亮。FNO=焦距/入射孔径或有効口径=f/D

十六、实效F

有限距离时镜头的明亮度。

实效F = (1 +光学倍率) x F#

实效F = 光学倍率 / 2NA

十七、NA（Numerical Aperture）

物体侧的 NA = sin u x n

成像侧的NA' = sin u'x n'

如下图所示 入社角度 u, 物体侧折射率n, 成像侧的折射率' n'

NA = NA' x 放大率

十八、边缘亮度

相对照度是指ZY的照度与周边的照度的百分比。

十九、远心镜头

主光线与镜头光源平行的镜头。有物体侧的远心，成像侧的远心，两侧的远心行头等方式。

二十、远心

Telecentricity是指物体的倍率误差。倍率误差越小，Telecentricity越高。

Telecentricity有各种不同的用途，在镜头使用前，把握Telecentricity很重要。远心镜头的主光线与镜头的光轴平行，

Telecentricity不好，远心镜头的使用效果就不好；Telecentricity可以用下图进行简单的确认。

二十一、景深 (DOF)

景深（Depth of Field）可以用以下的计算式计算出来：

景深 = 2 x Permissible COC x 实效F / 光学倍率2 = 允许误差值 / (NA x 光学倍率)

(使用的是0.04mm的Permissible COC)

二十二、通风盘及解析度

    Airy Disk是指通过没有失真的镜头在将光集中一点时，实际上形成的是一个同心圆。这个同心圆就叫做Airy Disk。Airy Disk的半径r可以通过以下的计算公式计算出来。这个值称为解析度。ｒ= 0.61λ/NA Airy Disk的半径随波长改变而改变，波长越长，光越难集中于一点。 例：NA0.07的镜头 波長550nm r=0.61*0.55/0.07=4.8μ

二十三、 MTF 及解析度

     MTF（Modulation Transfer Function) 是指物体表面的浓淡变化，成像侧也被再现出来。表示镜头的成像性能，成像再现物体的对比度的程度。测试对比性能，用的是具有特定空间周波数的黑白间隔测试。空间周波数是指１mm的距离浓淡变化的程度。

　图1所示，黑白矩阵波，黑白的对比度为.这个对象被镜头摄影后，成像的对比度的变化被定量化。基本上，不管什么镜头，都会出现对比度降低的情况。Z终对比度降低至0%。，不能进行颜色的区别。

　图2、3显示了物体侧与成像侧的空间周波数的变化。横轴表示空间周波数，纵轴表示亮度。物体侧与成像侧的对比度由A、B计算出来。MTF由A,B的比率计算出来。

　解析度与MTF的关系：解析度是指2点之间怎样被分离认识的间隔。一般从解析度的值可以判断出镜头的好坏，但是实际是MTF与解析度有很大的关系。图4显示了两个不同镜头的MTF曲线。镜头a 解析度低但是具有高对比度。镜头b对比度低但是解析度高。

    工业4.0是利用信息化技术促进产业变革的时代，是智能化时代，机器人也将与时俱全，
传统的机器人仅能在严格定义的结构化环境中执行预定指令动作，缺乏对环境的感知与应变能力，这极大地限制了机器人的应用。智能化时代，利用机器人的视觉控制，不需要预先对工业机器人的运动轨迹进行示教或离线编程，提高生产效率和加工质量，基于机器视觉的工业机器人定位技术在国内Z早被应用于焊接机器人对焊缝的跟踪。

    机器人视觉定位系统在关节型机器人末端安装单个摄像机，使工件能完全出现在摄像机的图像中。
    系统包括摄像机系统和控制系统：
    1.摄像机系统：由单个摄像机和计算机(包括图像采集卡)组成，负责视觉图像的采集和机器视觉算法。就目前行业技术发展水平来说，数字相机是比较理想的选择，其中维视图像的MV-EM/E系列工业相机提供了接口丰富的开发包函数，分辨率、帧率等覆盖面广，通用性及稳定性好，所以是我们推荐的首要选择。

    2.控制系统：由计算机和控制箱组成，用来控制机器人末端的实际位置。经CCD摄像机对工作区进行拍摄，计算机通过图像识别方法，提取跟踪特征，进行数据识别和计算，通过逆运动学求解得到机器人各关节位置误差值，Z后控制高精度的末端执行机构，调整机器人的位姿。

    工业自动化的快速发展，促使了机器视觉检测设备的广泛运用，各项技术都趋于成熟，

从以前的人工渐渐都变成了机器操作，不仅仅是节省了时间，更是将工作的精细度提升了不少。那么，机器视觉检测的效率和精度与人工检测到底有什么区别呢？

1、检测效率

    工业自动化的快速发展，使生产效率大幅提升，从而对检测效率提出了更高的要求。人工检测效率是在一个固定区间，无法大幅提升，而在流水线重复且机械化的检测过程中，检测人员很容易出现疲劳而导致检测效率降低；而机器视觉检测设备能够更快的检测产品，特别是在生产线检测高速运动的物体时，机器能够提高检测效率，速度甚至能够达到人工10-20倍。

2、检测精度

    由于人眼有物理条件的限制，即便是依靠放大镜或显微镜来检测产品，也会受到主观性方面的影响，精度无法得到保证，而且不同的检测人员的标准也会存在有差异；在精确性上机器有明显的优点，它的精度能够达到千分之一英寸。而且机器视觉检测设备不受主观控制，只要参数设置没有差异，相同配置的多台机器均能保持相同精度。

    通过上述两点区别，了解了机器视觉检测设备会得到广泛运用的原因，这也是时代所驱，徕深科技在视觉检测方面有多年经验，提供非标自动化一站式服务。

PLC控制系统，可编程逻辑控制器，是工业控制的核心部分。PLC的基本基本结构已知晓，那么今天说说它的工作原理。
    PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从diyi条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回diyi条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

　当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

1.输入采样阶段
    在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

2.用户程序执行阶段
    在用户程序执行阶段，PLC控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

    即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

3.输出刷新阶段
    当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。

    自动化应用范围广，几乎所有的工业部门都可以同自动控制挂上钩，现代化的农业、国防也都与自动化息息相关。

    工业自动化就是工业生产中的各种参数为控制目的，实现各种过程控制，在整个工业生产中，尽量减少人力的操作，而能充分利用动物以外的能源与各种资讯来进行生产工作，即称为工业自动化生产，而使工业能进行自动生产之过程称为工业自动化。而电气自动化所涉及层面范围较广，能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验技术、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应用等领域的工作，是宽口径“复合型”高级工程技术人才。

     工业自动化就是工业领域的电气自动化的应用，也就是研究工业中的电气应用以提高工厂自动化水平。工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的综合性高技术，包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中Z重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠电气自动化技术的应用。

    “嵌入式视觉”是指一种通过视觉方法去理解周边环境的机器，嵌入式视觉系统包含从所选成像传感器接收光到系统输出的整个信号链。系统输出是指从图像中提取的经过处理或未经处理的图像或信息，并提供给下游系统。当然，嵌入式系统架构师负责根据系统要求确保端到端性能。

    首先需要熟悉电磁波谱以及希望系统运行的光谱域。人眼只能看到390nm（蓝光）至700nm（红光）波长之间的光谱，也就是通常所指的可见光谱；成像设备凭借所采用的技术，则能捕获到更宽泛波长的图像，包括X光、紫外线、红外线以及可见光谱。

    在近红外光谱及以下范围，我们可以使用电荷耦合器件（CCD）或CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器(CIS)；到了红外光谱范围，需要使用专用的红外检测器。红外光谱范围之所以需要专用传感器，部分原因在于芯片成像器（如CCD或CIS）需要的激发能。

    这些器件通常需要1eV的光子能量来激发一个电子，然而在红外范围，光子能量介于1.7eV-1.24meV之间，因此红外成像器应基于HgCdTe或InSb。这些器件需要更低的激发能量，经常与CMOS读出IC（即ROIC）配合使用，以控制和读出传感器。

     Z常见的两种检测器技术分别是CCD和CIS，电荷耦合器件被视为模拟器件，因此要集成到数字系统中就需要使用片外ADC以及所需模拟电压电平下的时钟生成功能。每个像素存储由光子产生的电荷。大多数情况下将像素排列成2D阵列，组成多个行，每行包含多个像素。读出CCD时通过行传输将每行并行传递到读出寄存器，再通过读出寄存器将每行串行读出。这个寄存器读出过程中，电荷转换为电压。

    CMOS成像传感器能实现更紧密集成，使ADC、偏置和驱动电路都集成在同一晶片上。这大大降低了系统集成要求，同时也提高了CIS设计的复杂性。CIS的核心是有源像素传感器(APS)，其中每个像素同时包含光电二极管和读出放大器，因此，与CCD不同，CIS能够读出阵列中的任意像素地址。

     尽管大多数嵌入式视觉都采用CIS器件，但是CCD仍用于非常注重性能的高端科研应用领域。

项目：铁板自动化焊接机器人
项目描述：
1、焊接产品有直板、法兰、两块板搭成一个角焊外角；
2、焊接厚度是3mm—5mm,直板长度是1m—4m，精度要求不高；
3、材质基本为铁板；

项目分析:
1、 放置材料采用人工还是自动化
2、 机器人需要按照材料的Z大尺寸进行选型，无法确认产品详细参数
3、 需要焊接的产品是否是独立进行焊接，且每个焊接的产品材质是否都是一样的。

    工业机器人的轴，可以用专业的名词“自由度”来解释。合理推测就是，当机器人的轴数增加，机器人就有更高的灵活性。四轴SCARA机器人（以下简称四轴机器人）和六轴关节式机器人（以下简称六轴机器人），其中四轴机器人是特别为高速取放作业而设计的，而六轴机器人则提供了更高的生产运动灵活性。

轴与卡迪尔坐标系息息相关。三轴机器人也被称为直角坐标或者笛卡尔机器人，它的三个轴可以允许机器人沿三个轴的方向进行运动；而六轴机器人中的六轴，就是笛卡尔坐标系中的X Y Z轴，及绕X Y Z轴旋转的U V W轴。

    首先把各轴的运动路线先一一说明。 

1.三轴

    可以捡起一个物体，抬起它，它的水平和垂直移动，并将其设置或呈现触手可及的机器人在X，Y，Z空间的任何地方在不改变对象的方向 

2.四轴 

    可以拿起一个对象，将其提起，水平移动，并将其设置或呈现  在X，Y，Z空间改变对象的方向沿一轴（例如偏航） 

3.五轴  

    可以拿起一个对象，将其提起，水平移动，并将其设置在X，Y，Z空间  改变对象的方向沿两个轴（偏航和变桨） 

4.六轴  

    可以拿起一个对象，将其提起，水平移动，并将其设置在X，Y，Z空间  改变对象的方向沿三个轴（偏航，俯仰和横滚）。 

5.七轴  

    所有的六轴机器人的运动能力，随着能力的线性方向（通常为水平运动，从一个地方到另一个移动机器人沿着轨道）。

四轴机器人

    四轴是为了高速取放作业而设计的，那么多两个轴的六轴，则是有了更高的灵活性。

    小型装配机械手中，“四轴机械手”是指“选择性装配关节机器臂”，即四轴机械手的手臂部分可以在一个几何平面内自由移动。四轴机械手的前两个关节可以在水平面上左右自由旋转的，第三个关节由一个称为羽毛（quill）的金属杆和夹持器组成。该金属杆可以在垂直平面内向上和向下移动或围绕其垂直轴旋转，但不能倾斜。

    这种独特的设计使四轴机械手具有很强的刚性，从而使它们能够胜任高速和高重复性的工作。在包装应用中，四轴机械手擅长高速取放和其他材料处理任务。   

六轴机器人

六轴机器人比四轴机器人多两个关节，因此有更多的“行动自由度”。 

    六轴机器人的diyi个关节能像四轴机器人一样在水平面自由旋转，后两个关节能在垂直平面移动。此外，六轴机器人有一个“手臂”，两个“腕”关节，使它具有类似人类的手臂和手腕能力。 

    六轴机器人更多的关节意味着他们可以拿起水平面上任意朝向的部件，以特殊的角度放入包装产品里。执行许多由熟练工人才能完成的操作。而且可以节省人力开支，对于刚刚创立不久的企业来说，是很好的选择。 

在包装生产线上整合机器人技术并得以应用，其实没有想象的那么复杂、危险与高成本，反而是非常简易而安全的，同时也可能获得经济优势。

1.生产安全性

    在安装时，机器人通常被正立或倒置安装在封闭的自动化工作单元上。工作单元的外层一般由铝框、防碎塑料或孔状金属网包裹。机器人及其他相关设备一般使用螺栓固定在工作单元的钢铁机台平面上。工作单元的采用使得工作人员可在外围观察机器人工作台的工作状况，而无须进入工作单元内部。

    为安全起见，一旦打开了工作单元的检修门，机器人将自动停止工作。对于那些不能完全密闭在一个工作单元内的机器人，如门帘、压力感应地垫等装置同样可以提供自动关闭功能。

2.生产简易性

    而包含控制机器人运行的电子电路控制器，通常位于工作单元平台的下端。一般而言，大多数机器人制造商为用户提供了友好的编程软件，操作人员不需要掌握专业的机器人编程技术即可自如操控。通过手持接口设备或计算机，操作人员可以对机器人进行程序设置。

    而教学模块允许操作人员控制机器人从一个地点移动到另一个地点，并指示其在每个位置的动作，也就是说，操作人员可以“教”机器人它工作所需的常规动作。

而借助相关软件，操作人员也可以通过计算机远程对机器人编程，从而节省开发时间。此外，通过一个模拟的三维环境，操作人员也可以对机器人和其他外围设备进行配置，而不必直接操作机器人的部件。

3.低成本生产优势

    相对于传统自动化设备，在包装生产流程中使用装配机器人Z重要的好处在于能够降低生产成本。使用机器人不仅初始成本较低，而且因为其高度的灵活性，很快就能获得投资回报。小尺寸和低维护费用使总成本也较低。

    机器人与传统自动化设备相配合，还可以使包装生产更有效率，更能保证包装产品的质量一致性，与人工作业相比，具有更好的成本效益比。但需要指出的是，虽然机器人能够填补一些自动化生产的空白，但生产线上的其他任务可能仍然需要手工完成，因为一个传统的全自动化解决方案会过于昂贵。

    同时，与专门为特定生产过程设计的固定式自动化设备不同，机器人由于基于模块化设计，因而能够相对容易地适应一个自动化系统，大大减少了昂贵的工程设计费用。此外，机器人工作单元通常比固定自动化设备的体积更小，这也节约了宝贵的厂房空间。如果需要，机器人可以移动到其他生产线中，从而减少企业的设备投资。

    而且，与固定自动化设备不同，机器人并不需要更新昂贵的工具以满足产品变化的需求。通常，只需对程序进行简单修改，对臂端操作装置进行更换就能满足产品变化的需求。这特别有利于包装设计变化频繁的小批量包装生产。通常固定自动化生产线无法满足这种变化的需求，或者实现成本过于昂贵。

    此外，装配了多功能自动夹取器或自动工具切换器的机器人，可以执行多种操作，如先对产品进行装卸、检查和贴商标，然后再将其放入包装中。同时多功能机器人能轻松应付多种大小和形状的产品。此外，如装配视觉检测系统和输送带跟踪系统等可选配件，还能进一步提高机器人的能力。

    Z后还需指出的是，机器人技术由于采用封闭式结构（通常自动化设备的一些部件，如马达等设备是敞开的，因而容易进入灰尘和碎片对机器造成磨损），因而保养成本要低得多。

    视觉应用中镜头的机械参数尤其重要，镜头一般都由光学系统和机械装置两部分组成，光学系统由若干透镜（或反射镜）组成，以构成正确的物像关系，保证获得正确、清晰的影像，它是镜头的核心。而机械装置包括固定光学元件的零件（如透镜座、光圈等）、镜头调节机构（如光圈调节环、调焦环等）、连接机构（比如C、CS接口）等。此外，也有些镜头上具有自动调光圈、自动调焦或感测光强度的电子机构。

    对于镜头有关的光学参数我们可以将焦距f、光圈系数（相对孔径）、像方视场以及像差（比如畸变）看作镜头的内部参数。通常用户搭建视觉系统Z关心的参数，主要包括视场（FOV）、分辨率（Resolution）、工作距离（WD）和景深（DOF）。

    机器视觉行业内通常将镜头分定倍镜头、变焦镜头、远心镜头、高精度或百万像素镜头等。当然，这些分类并没有严格的划分界线。而每款镜头都有固定的机械参数，主要包括镜头的安装尺寸、螺丝孔径、接口尺寸、重量、工作距离、直径、长度等。

    特殊情况下，视觉应用对相机与镜头的安装尺寸有限制，因此不可能选择大尺寸的镜头，也可能不可以随意选择小尺寸的镜头。因此选择镜头时，某些机械参数对象在一些情况下也是需要考虑的。

螺丝孔径：

    主要是指一些镜头的光圈、对焦有固定螺丝，一般来说，这些螺丝是M1的。平时比较难买，都是镜头配的，如果丢了，又想要锁定光圈对焦等，比较难找这些螺丝。

镜头的接口：

    作为一个非常重要的参数，决定了其能适用于何种接口的相机。因此选型时一定要注意。

安装尺寸：

    一般的镜头都是靠接口连接相机起固定作用。但是有一些大的镜头，其体积重量非常大，因此在镜头壳体上也会有安装孔径。这时就必须要保证其安装孔位与底板、与相机安装孔位等在同一平面上。

    在部分高速运动的视觉系统中，如果镜头的重量太重，会产生很大的物理惯性。在采集图片时，就产生拖影，图像变得模糊。因此同样的情况下，使用远心镜，比变焦镜头要稳定，图像质量也更佳。

    当安装相机时，如果底板较大，就会对镜头造成安装限制。所以直径不能太大，不然就会对安装造成干涉。

    镜头工作的时候，实际工作距离是固定的，但是有些镜头的工作距离是不能改变的，如远心镜头、显微镜等。一般远心镜头的工作距离为40mm、65mm、110mm等，如果与标准的工作距离不相等，则无法清晰的成像。从经验来看，当镜头的长度越长时，运动时产生的惯性就越大，静态工作时，其振动能力也越弱。