基于OMRON FH系列视觉传感器的机器视觉检测系统研究

吴红霞

（武汉东湖学院机电工程学院 湖北·武汉 430212）

0 引言

在现代工业自动化生产中，存在大量检测、识别、分拣具有高速大批量检测、被测对象尺寸微小、检测精度要求高等特点，利用人工无法连续稳定检测，于是，人们把目光转向了机器视觉。机器视觉利用相机镜头来代替人类视觉并结合图像处理技术来实现目标识别和检测[1]，具有高效率、高自动化、高可靠性等优点[2]，已经被广泛应用于军事、农业、工业生产、食品加工等领域[3]。

本文以OMRON旗下的FH系列视觉产品为研究对象，对机器视觉检测系统进行研究。

1 视觉系统结构及检测原理

本次研究借助本校视觉传感器实训平台来完成。该系统主要由FH控制器、FZ相机、3Z4S-LESV-1214H镜头和显示器、光源等几部分构成。其硬件结构如图1所示。

图1：OMRON FH视觉系统结构图

OMRONFH系列是嵌入式图像处理系统，FH图像处理系统的核心是控制器、相机和镜头。在FH中，已对图像处理检查所需的图像输入、测量处理、显示、输出等进行了打包，用户可利用这些打包后的处理，按照图像处理检查的执行顺序制作流程。FH将根据用户制作流程执行图像处理检查。

该视觉系统检测原理为：

相机将被测物体转换成图像信号，并传送到控制器，控制器中的图像处理单元将图像的像素分布、亮度和颜色等信息转化为数字信号，再对这些信号进行各种运算以抽取目标的面积、长度、数量、位置等特征，最后根据用户预设的判断条件输出检测结果，如：尺寸、角度、偏移、合格/不合格、有/无等。控制器中的输出单元可将判定结果送给外部PC机或PLC等外部装置进行相应控制。

2 视觉系统检测系统测试

该视觉系统采集的所有参数信息、用户预设的判断条件、输出检测结果等均可通过FZ软件来实现。

FZ软件是与FH视觉传感器配套使用的软件，属于可视化编程软件，其特点是无须进行代码编写，只需要使用系统自带的模块便可完成对FH视觉传感器的驱动编写，并且程序与结果的调整同步。

为了便于研究，本次选择几种不同形状的工件和条形码来作为本次实验的检测样本。

2.1 工件检测

在流水线上的工件存在大量缺陷，给用户和商家带来比较大的困扰[4]。针对这一现象，利用FH视觉传感器对工件样本进行检测。

本次检测样本均为静止条件下检测，故相机参数均采用默认值。

在FZ主画面中点击流程编辑按钮，进入流程编程界面。选择检查和测量中的“搜索”检测方法，添加至左侧空白项目中。搜索检测的原理为将测量物的特征部分登录为图像模型，然后在输入图像中搜索与模型最相似的部分，可输出其相似度、位置等信息。

接着点击“搜索”按钮进入搜索检测参数设置页面，设置登录模型。在模型登录选项页中设置检测模型（本次选择圆形为检测模型）。

选择区域设定选项页进行编辑，设置需要检测目标标记的区域，接着进入测量参数选项页，点击试测量的测量按钮，依据测量值设置判定条件。如图2、图3所示。为了使测量值更精确，此次将相似度设置为80%－100%为合格。

图2：检测区域设置

图3：判定条件设置

设置好后，就可以返回主界面进行检测。本次选择了6种不同形状，以长方形和三角形为例，其检测结果分别如图4、图5所示。从图中可以看出，能输出检测结果和相应位置信息等。

图4：长方形检测

图5：三角形检测

6种形状检测结果如表1所示。

表1：不同形状模型测试数据

表1中，NG表示不合格，OK表示合格，即表示所检测形状是否符合目标特征。在所测试6个样本中，正方形和六角形的面积比较接近于目标模型，所以相似度比较高。为了提高测试精度，可以在目标特征中加入更多的判定条件。

这种检测可用于识别测量对象的缺陷，也可识别不同的形状，用于不同品种混入检查。

2.2 条形码检测

条形码可以标出物品的生产厂家、商品名称、生产日期等诸多信息，因而在商品流通、图书管理等许多领域得到了广泛应用，在日常生活中也随处可见。本次测试选择4种条形码样本进行检测。

在流程编程界面中选择检查和测量中的“条形码”检测方法，添加至左侧空白项目中。点击“条形码”按钮进入参数设置页面，设置检测区域。在测量参数页面选择码型号为JAN/EAN/UPC，显示颜色设置为蓝色，其他均为默认值。结果设定中勾选显示码品质，输出参数中选择字符输出。返回主界面进行测试。

4种测试结果分别如图6，图7，图8和图9所示。

图6：JAN/EAN、UPC条形码检测

图7：CODE128条形码检测

图8：CODE93条形码检测

图9：教材条形码检测

这个功能可用于条形码识别等场合，能输出相关参数，并判断出是否有缺陷。

2.3 系统测试结果分析

从两组不同样本的实验数据分析可知：

（1）FH视觉传感器系统可以有效、准确地识别工件的不同形状和不同条形码，而且还能输出精确参数信息；

（2）该视觉系统的功能非常强大，本次实验只测试了其中两个非常基本的功能。后续会对其他功能进行进一步测试。

3 结论

本文借助学校视觉实训平台对OMRON旗下FH视觉传感系统进行了研究，通过两组不同的实验样本对该系统进行测试，实验结果表明：该系统具有高速性、高精度和便利性等特点，可用于检测产品表面、尺寸、方向、颜色等特征，也可用于检查标签或产品表面上面印刷的文字等场合，其软件界面简单、清晰，功能强大，使用起来非常方便。机器视觉检测系统在工业生产检测中将有非常美好的前景[5-6]。