第二章工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系列課程2.2工業(yè)設(shè)備感知技術(shù)>>《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》目錄標(biāo)識解析02工業(yè)設(shè)備互聯(lián)01工業(yè)視覺03《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系列課程傳感設(shè)備04大型的工廠設(shè)備互聯(lián)過程中涉及數(shù)億、數(shù)十億個傳感設(shè)備（如傳感器、多媒體采集設(shè)備、遙感設(shè)施等）在不斷地感知動態(tài)變化的物理世界，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通、標(biāo)識解析的三大網(wǎng)絡(luò)功能組成被充分繼承，并通過各類移動通訊設(shè)備、計算機與互聯(lián)網(wǎng)連接和整合，共同構(gòu)成了人類未來的信息網(wǎng)絡(luò)，最終將形成人、機、物三元融合的信息世界，工廠工業(yè)設(shè)備互聯(lián)如圖2.1。工業(yè)設(shè)備互聯(lián)圖2.1工業(yè)設(shè)備互聯(lián)如圖2.1所示，人、機、物依靠網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，但伴隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備增多，數(shù)據(jù)規(guī)模的爆炸式增長，數(shù)據(jù)的獲取方式、表現(xiàn)形態(tài)、相互關(guān)系、存取速度和語義演化也會發(fā)生一系列根本變化，給目前的海量信息處理技術(shù)帶來前所未有的挑戰(zhàn)。為解決上述問題及使工廠管理者得到更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)以，實現(xiàn)工廠間的數(shù)據(jù)共享，產(chǎn)生了工業(yè)互聯(lián)標(biāo)識解析、工業(yè)視覺、傳感設(shè)備、邊緣云計算等相關(guān)技術(shù)。研究以上技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，本節(jié)將對設(shè)備感知技術(shù)進(jìn)行講解。工業(yè)設(shè)備互聯(lián)圖2.1工業(yè)設(shè)備互聯(lián)目錄標(biāo)識解析02工業(yè)設(shè)備互聯(lián)01工業(yè)視覺03《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系列課程傳感設(shè)備04標(biāo)識解析工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系的重要組成部分，是支撐工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通的神經(jīng)樞紐。通過為機器、產(chǎn)品等物理資源和算法、工藝等虛擬資源賦予唯一“身份證”并進(jìn)行快速定位和信息查詢，實現(xiàn)跨企業(yè)、跨行業(yè)、跨地域的信息資源集成共享，是全球供應(yīng)鏈系統(tǒng)和企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)精準(zhǔn)對接、產(chǎn)品全生命周期管理和智能化服務(wù)的前提基礎(chǔ)。目前，標(biāo)識解析已應(yīng)用于能源、船舶、醫(yī)療、食品等多個行業(yè)，在與制造業(yè)和信息通信等多領(lǐng)域技術(shù)的融合集成顯現(xiàn)了巨大的生命力和創(chuàng)造力，為進(jìn)一步創(chuàng)造新的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展動能奠定了基礎(chǔ)。標(biāo)識解析標(biāo)識解析技術(shù)和應(yīng)用的快速發(fā)展，使標(biāo)準(zhǔn)化工作面臨更新、更高的要求。然而，目前標(biāo)識解析體系仍存在面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景的標(biāo)準(zhǔn)供給不足、產(chǎn)業(yè)發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)制定步伐不匹配等問題，需建立健全工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析標(biāo)準(zhǔn)體系，著力補齊標(biāo)識解析發(fā)展中的標(biāo)準(zhǔn)化短板，加強跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。圖2.2標(biāo)識解析典型應(yīng)用場景標(biāo)識解析1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析應(yīng)用價值智能化生產(chǎn)標(biāo)識解析體系結(jié)合工業(yè)大數(shù)據(jù)建模與分析、人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)，通過分析和挖掘產(chǎn)品追溯數(shù)據(jù)，可以形成系統(tǒng)性的智能，實現(xiàn)產(chǎn)品使用信息與產(chǎn)品制造信息共享，促進(jìn)智能化生產(chǎn)，使工廠內(nèi)的設(shè)計、制造、庫存、采購等數(shù)據(jù)一體化。圖2.3 區(qū)塊鏈溯源標(biāo)識解析1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析應(yīng)用價值網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同通過工廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與工廠外網(wǎng)絡(luò)的充分結(jié)合，企業(yè)內(nèi)私有標(biāo)識系統(tǒng)與公共標(biāo)識解析系統(tǒng)的互聯(lián)互通，促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的充分流動與信息共享，實現(xiàn)企業(yè)間網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，有效提升供應(yīng)鏈競爭能力。圖2.4 智慧供應(yīng)鏈協(xié)同云平臺標(biāo)識解析1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析應(yīng)用價值服務(wù)化延伸標(biāo)識解析體系使物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、工業(yè)信息系統(tǒng)全面結(jié)合，實現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的全方位感知、采集、關(guān)聯(lián)和處理，形成防偽溯源、產(chǎn)品追蹤、產(chǎn)品售后服務(wù)等豐富的應(yīng)用形式，實現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期管理。圖2.5 生命碼RFID追溯系統(tǒng)標(biāo)識解析1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析應(yīng)用價值規(guī)模化定制標(biāo)識解析體系的規(guī)?；ㄖ茟?yīng)用場景非常廣泛，建筑家裝、服裝紡織、醫(yī)療衛(wèi)生、電子信息等各行業(yè)領(lǐng)域都有或多或少的使用案例，體系發(fā)展成熟后可拓展形成各個領(lǐng)域滿足個性化需求、又低成本生產(chǎn)的大規(guī)模定制方案，為各行各業(yè)提供更多更高價值的服務(wù)。圖2.6 服裝RFID軟硬一體集成解決方案標(biāo)識解析2.體系架構(gòu)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系的核心包括由標(biāo)識編碼、標(biāo)識載體、標(biāo)識解析系統(tǒng)、標(biāo)識數(shù)據(jù)服務(wù)4個部分，如圖2.7所示。標(biāo)識編碼能夠唯一識別機器、產(chǎn)品等物理資源和算法、工序、標(biāo)識數(shù)據(jù)等虛擬資源的身份符號，類似于“身份證”。標(biāo)識載體能夠承載標(biāo)識編碼的標(biāo)簽或存儲裝置，包括主動標(biāo)識載體和被動標(biāo)識載體兩類[2]

。圖2.7 標(biāo)識解析業(yè)務(wù)流程圖標(biāo)識解析2.體系架構(gòu)標(biāo)識解析系統(tǒng)能夠根據(jù)標(biāo)識編碼查詢目標(biāo)對象網(wǎng)絡(luò)位置或者相關(guān)信息的系統(tǒng)，對機器和物品進(jìn)行唯一性的定位和信息查詢，是實現(xiàn)全球供應(yīng)鏈系統(tǒng)和企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的精準(zhǔn)對接、產(chǎn)品全生命周期管理和智能化服務(wù)的前提和基礎(chǔ)。標(biāo)識數(shù)據(jù)服務(wù)能夠借助標(biāo)識編碼資源和標(biāo)識解析系統(tǒng)開展工業(yè)標(biāo)識數(shù)據(jù)管理和跨企業(yè)、跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨國家的數(shù)據(jù)共享共用。圖2.8 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識標(biāo)識解析2.體系架構(gòu)標(biāo)識解析涉及互聯(lián)網(wǎng)和制造業(yè)領(lǐng)域的各個環(huán)節(jié)和各個主體，對標(biāo)識解析認(rèn)識和理解的差異，有可能導(dǎo)致技術(shù)選擇、制定標(biāo)準(zhǔn)路線等方面的分化，為此，建立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系架構(gòu)，作為指導(dǎo)各級標(biāo)識服務(wù)節(jié)點部署、產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建的重要理論依據(jù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系架構(gòu)如圖2.9，包括業(yè)務(wù)視圖、功能視圖、實施視圖、安全視圖四個部分，業(yè)務(wù)視圖明確了面向不同角色提供聯(lián)網(wǎng)對象唯一標(biāo)識、數(shù)據(jù)管理和信息共享服務(wù)的業(yè)務(wù)過程，功能視圖給出了解析體系支撐標(biāo)識服務(wù)需提供的功能，實施視圖給出了企業(yè)端、公共平臺端和應(yīng)用端應(yīng)當(dāng)部署的標(biāo)識軟硬件設(shè)施及其相互關(guān)系，安全視圖主要考慮標(biāo)識服務(wù)過程的身份安全、數(shù)據(jù)安全和行為安全。圖2.9 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系架構(gòu)標(biāo)識解析3.編碼規(guī)范標(biāo)識編碼作為標(biāo)識解析體系的核心基礎(chǔ)資源，應(yīng)建立符合我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的規(guī)范化標(biāo)識編碼規(guī)則及管理體系。當(dāng)前，處于多標(biāo)識體系并存的發(fā)展階段，主流的公有標(biāo)識編碼方案可歸納為統(tǒng)一的邏輯結(jié)構(gòu)，即最多包括前綴字段、后綴字段，以及可選的安全字段等三個部分。將各類編碼納入到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系中，建立兼容并存的標(biāo)識編碼規(guī)范，可基于標(biāo)識解析各級節(jié)點提供各類標(biāo)識的解析尋址服務(wù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識編碼規(guī)則一般為兩部分，標(biāo)識前綴用于唯一標(biāo)識企業(yè)主體，標(biāo)識后綴用于唯一識別標(biāo)識對象，如圖2.10所示：圖2.10 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識編碼結(jié)構(gòu)標(biāo)識解析3.編碼規(guī)范工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識編碼規(guī)則用于規(guī)范不同行業(yè)對象的標(biāo)識分類、編碼規(guī)則、編碼結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)二級節(jié)點、企業(yè)節(jié)點建立自身的對象標(biāo)識編碼體系。當(dāng)前，根據(jù)“急用先行”原則，已面向能源、航空、船舶、藥品等十幾個領(lǐng)域研制行業(yè)編碼標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)，將統(tǒng)籌考慮國民經(jīng)濟(jì)分類，建立全面覆蓋制造業(yè)門類的編碼體系。圖2.11 中船集團(tuán)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析在船舶全生命周期管理中的創(chuàng)新應(yīng)用標(biāo)識解析4.節(jié)點設(shè)施我國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系架構(gòu)采用分層、分級的部署模式，由根節(jié)點、國家頂級節(jié)點、二級節(jié)點、企業(yè)節(jié)點、遞歸節(jié)點要素組成，對應(yīng)的部署方式如下圖2.12所示：圖2.12 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析部署架構(gòu)標(biāo)識解析4.節(jié)點設(shè)施國際根節(jié)點：是指一種標(biāo)識體系管理的最高層級服務(wù)節(jié)點，提供面向全球范圍公共的根層級的標(biāo)識服務(wù)，并不限于特定國家或地區(qū)。國家頂級節(jié)點：是指一個國家或地區(qū)內(nèi)部最頂級的標(biāo)識服務(wù)節(jié)點，能夠面向全國范圍提供頂級標(biāo)識解析服務(wù)，以及標(biāo)識備案、標(biāo)識認(rèn)證等管理能力。圖2.13 國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系部署架構(gòu)標(biāo)識解析4.節(jié)點設(shè)施二級節(jié)點:是面向特定行業(yè)或者多個行業(yè)提供標(biāo)識服務(wù)的公共節(jié)點。二級節(jié)點既要向上與國家頂級節(jié)點對接，又要向下為工業(yè)企業(yè)分配標(biāo)識編碼及提供標(biāo)識注冊、標(biāo)識解析、標(biāo)識數(shù)據(jù)服務(wù)等，同時滿足安全性、穩(wěn)定性和擴(kuò)展性等方面的要求。企業(yè)節(jié)點：是指一個企業(yè)內(nèi)部的標(biāo)識服務(wù)節(jié)點，能夠面向特定企業(yè)提供標(biāo)識注冊、標(biāo)識解析服務(wù)、標(biāo)識數(shù)據(jù)服務(wù)等，既可以獨立部署，也可以作為企業(yè)信息系統(tǒng)的組成要素。圖2.14 醫(yī)療器械行業(yè)標(biāo)識解析二級節(jié)點平臺架構(gòu)標(biāo)識解析4.節(jié)點設(shè)施遞歸節(jié)點：是指標(biāo)識解析體系的關(guān)鍵性入口設(shè)施，能夠通過緩存等技術(shù)手段提升整體服務(wù)性能。此外，標(biāo)識解析服務(wù)的查詢觸發(fā)，可以是來自企業(yè)信息系統(tǒng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP等多種不同形式。目前，國家頂級節(jié)點部署于北京、上海、廣州、武漢、重慶5個城市，節(jié)點之間數(shù)據(jù)互為備份，提供標(biāo)識就近解析服務(wù)，以保障標(biāo)識解析效率。二級節(jié)點和企業(yè)節(jié)點主要分布在我國東部、中部等工業(yè)發(fā)展程度相對較高的省市，截至2024年4月底，348個二級節(jié)點上線運行，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識服務(wù)企業(yè)超過42萬家，覆蓋了47個重點行業(yè)，注冊總量突破了4907億。圖2.15 國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系部署架構(gòu)標(biāo)識解析5.標(biāo)識解析應(yīng)用場景傳統(tǒng)供應(yīng)鏈解決方案強調(diào)發(fā)揮個體效率優(yōu)勢，并未達(dá)到統(tǒng)籌協(xié)同需求的高度，而且單向、線性的數(shù)據(jù)流動方式難以實現(xiàn)覆蓋全局、全鏈的按需協(xié)同。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識解析體系中，借助分布式數(shù)據(jù)架構(gòu)的handle技術(shù)能實現(xiàn)跨主體供應(yīng)鏈信息采集與信息關(guān)聯(lián)，并為不同的用戶組（整機制造商、物流商、經(jīng)銷商或客戶、維護(hù)服務(wù)商）提供不同的授權(quán)解析機制，提供指定信息實時共享增值服務(wù)。例如市場服務(wù)人員可通過掃描整機二維碼，獲取授權(quán)并解析出該整機產(chǎn)品及全部相關(guān)核心零部件的信息，并可根據(jù)零部件批次信息解析出同批次零部件裝配在哪些整機產(chǎn)品上，從而實現(xiàn)敏捷的質(zhì)量追溯管理，如圖2.16所示。圖2.16 產(chǎn)品溯源產(chǎn)品信息追溯標(biāo)識解析5.標(biāo)識解析應(yīng)用場景質(zhì)量溯源管理還可以在醫(yī)療行業(yè)、食品質(zhì)量方面大展身手，比如老百姓比較關(guān)心的疫苗安全性溯源問題、食品流通環(huán)節(jié)質(zhì)量管理問題等，通過多元渠道實現(xiàn)“源頭可溯、去向可查”，提升企業(yè)產(chǎn)品的全過程質(zhì)量管理能力和品牌價值，保護(hù)消費者的權(quán)益。圖2.17 SMT質(zhì)量追溯系統(tǒng)產(chǎn)品信息追溯標(biāo)識解析5.標(biāo)識解析應(yīng)用場景基于標(biāo)識解析體系，可輕松獲得核心零部件在供應(yīng)商本地、在途運輸、待配（第三方倉儲地點）不同地點的物流數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的解析集成生成可視化庫存報表?！肮芾?技術(shù)”雙管齊下，合理管控供應(yīng)商生產(chǎn)節(jié)奏，提高零部件庫存周轉(zhuǎn)率，降低庫存成本，實現(xiàn)共贏。例如工廠某設(shè)備有個螺絲即將磨損，該信息被自動發(fā)送至云端，經(jīng)過大數(shù)據(jù)計算，在設(shè)備還沒出現(xiàn)故障前，需要更換的螺絲具體位置、型號都可查詢位置，并按維修計劃提前發(fā)送至工廠?？商崆邦A(yù)防，無需人為排查，完全無感知地降低停機誤工的風(fēng)險，它甚至可以自動計算出用哪類螺絲整體成本最低。所有此類，不一而足。圖2.18 智能物流系統(tǒng)零部件物流可視化標(biāo)識解析5.標(biāo)識解析應(yīng)用場景每件商品的溯源碼都含有地區(qū)銷售信息，系統(tǒng)會定位消費者掃碼的位置，若商品被大量竄貨，掃碼地址與銷售地區(qū)地址驗證不符，此過程可斷定商品是否被竄貨。標(biāo)識解析體系可幫助品牌商掌握商品全程流向，有效監(jiān)管并精準(zhǔn)打擊惡性竄貨事件，從而提升廠家利潤、維護(hù)價格體系、保護(hù)品牌形象。同時，根據(jù)不同地區(qū)貨物的掃碼時間，大體可以掌握貨物物流、銷售的時間節(jié)奏。圖2.18 防竄貨系統(tǒng)防竄貨目錄標(biāo)識解析02工業(yè)設(shè)備互聯(lián)01工業(yè)視覺03《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系列課程傳感設(shè)備04工業(yè)視覺工業(yè)視覺系統(tǒng)是用于自動檢驗、工件加工和裝配自動化以及生產(chǎn)過程的控制和監(jiān)視的圖像識別機器。工業(yè)視覺系統(tǒng)的圖像識別過程是按任務(wù)需要從原始圖像數(shù)據(jù)中提取有關(guān)信息、高度概括地描述圖像內(nèi)容，以便對圖像的某些內(nèi)容加以解釋和判斷。工業(yè)視覺系統(tǒng)可看作是針對任務(wù)作了簡化的初級機器視覺系統(tǒng)。幾乎所有的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域都需要應(yīng)用機器視覺代替人的視覺,特別是那些對速度、精度或可靠性要求高的視覺任務(wù)更需要采用工業(yè)視覺系統(tǒng)。圖2.19 機器人三維視覺引導(dǎo)系統(tǒng)工業(yè)視覺1.工業(yè)視覺特性機器視覺是采用機器代替人眼來做測量與判斷，其功能不僅局限于通過計算機攝取圖像接收信息，也包括對信息的處理和判斷，實現(xiàn)人眼視覺的延伸。作為機器視覺的一大分支，工業(yè)視覺更多注重廣義圖像信號（激光，攝像頭）與自動化控制（生產(chǎn)線）方面的應(yīng)用，即“眼睛對著機器”，具有自動化和非接觸性的特點。與人眼相比，工業(yè)視覺在精確程度、客觀程度、可重復(fù)性、成本以及效率上都有明顯的優(yōu)勢，概括如下：圖2.20 機器視覺工業(yè)視覺1.工業(yè)視覺特性精度于人眼的一些局限性，機器視覺在準(zhǔn)確度上具有明顯的優(yōu)勢。即使人眼可以通過放大鏡或顯微鏡檢查產(chǎn)品，機器視覺仍然會更準(zhǔn)確，一些先進(jìn)的機器視覺系統(tǒng)，其測量精度可達(dá)到1um，這是肉眼無法比擬的。重復(fù)性機器可以批量操作完成檢查工作而不會感到疲倦。相比之下，人眼每一次檢測，都會有細(xì)微的差別，哪怕是一模一樣的產(chǎn)品。機器視覺檢測應(yīng)用軟件可以更快地檢測產(chǎn)品。尤其是檢測生產(chǎn)線等高速運動物體時，可以提高生產(chǎn)效率。圖2.21 雙翌VisionBeaver全自動高精密G&F貼合機視覺對位系統(tǒng)工業(yè)視覺1.工業(yè)視覺特性客觀性人眼檢測還有一個難以解決的難題，就是主觀性容易受到情緒的影響。測試結(jié)果也會隨著測試人員的心情而產(chǎn)生變化，而機器不會有這類問題的存在。也因為這樣深刻而可靠的有點，視覺檢測被廣泛應(yīng)用在規(guī)模化生產(chǎn)當(dāng)中。成本由于機器比人類更具效率，一個自動檢測機器可以同時承擔(dān)數(shù)人的工作。而且機器不用休息，也不會生病，可以連續(xù)工作，因此能快速提高生產(chǎn)效率。通過機器視覺自動化檢測，可以減少對人工檢測的依賴，降低人工成本以及由于人為因素造成的誤差。圖2.22 視覺檢測工業(yè)視覺2.工業(yè)視覺的系統(tǒng)構(gòu)成一個完整的工業(yè)機器視覺系統(tǒng)是由眾多功能模塊共同組成，一般由光學(xué)系統(tǒng)（光源、鏡頭、工業(yè)相機）、圖像采集單元、圖像處理單元、執(zhí)行機構(gòu)及人機界面等模塊組成，工作視覺系統(tǒng)構(gòu)成如圖2.14：圖2.23 工業(yè)視覺系統(tǒng)構(gòu)成工業(yè)視覺2.工業(yè)視覺的系統(tǒng)構(gòu)成光源是機器視覺系統(tǒng)的重要組成部分，它作為輔助成像設(shè)備，為機器視覺系統(tǒng)的圖像獲取提供足夠的光線，光源的設(shè)計和選取往往直接決定機器視覺系統(tǒng)設(shè)計的成敗。光學(xué)傳感器（如CCD攝像機）負(fù)責(zé)將外部場景轉(zhuǎn)換為電信號。圖像采集設(shè)備（如圖像采集卡)可以將來自光學(xué)傳感器的信號轉(zhuǎn)換成一定格式的圖像數(shù)據(jù)流，傳送給圖像處理設(shè)備。圖2.24 CCD攝像機（左）圖像采集卡（右）工業(yè)視覺2.工業(yè)視覺的系統(tǒng)構(gòu)成圖像處理設(shè)備（如PC或其他嵌入式硬件設(shè)備）上運行有機器視覺軟件，可以對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理并發(fā)送控制指令?？刂浦噶罱?jīng)由數(shù)字I/O卡發(fā)送給控制單元（如PLC)后，由控制單元綜合輔助傳感器傳回的信息，控制執(zhí)行機構(gòu)做出相應(yīng)的動作。圖2.24 PC（左）PLC（右）工業(yè)視覺3.工業(yè)視覺的工作原理工業(yè)視覺的目的是給機器或自動生產(chǎn)線添加一套視覺系統(tǒng)，用工業(yè)視覺系統(tǒng)代替人眼來做測量和判斷。通過工業(yè)視覺產(chǎn)品（即工業(yè)相機）將待檢測目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給圖像處理分析系統(tǒng)，得到被攝目標(biāo)的形態(tài)信息，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號；圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場設(shè)備的動作。在機器視覺檢測系統(tǒng)工作流程中，主要分為圖像信息獲取、圖像信息處理和機電系統(tǒng)執(zhí)行檢測結(jié)果3個部分，另外根據(jù)系統(tǒng)需要還可以實時地通過人機界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和調(diào)整。圖2.25 食品行業(yè)機器視覺系統(tǒng)工業(yè)視覺3.工業(yè)視覺的工作原理當(dāng)被檢測的對象運動到某一設(shè)定位置時會被位置傳感器發(fā)現(xiàn)，位置傳感器會向PLC控制器發(fā)送“探測到被檢測物體”的電脈沖信號，PLC控制器經(jīng)過計算得出何時物體將移動到CCD工業(yè)相機的采集位置，然后準(zhǔn)確地向圖像采集卡發(fā)送觸發(fā)信號，采集開檢測的此信號后會立即要求CCD工業(yè)相機采集圖像。被采集到的物體圖像會以BMP文件的格式送到工控機，然后調(diào)用專用的分析工具軟件對圖像進(jìn)行分析處理，得出被檢測對象是否符合預(yù)設(shè)要求的結(jié)論，根據(jù)“合格”或“不合格”信號，執(zhí)行機會對被檢測物體作出相應(yīng)的處理。系統(tǒng)如此循環(huán)工作，完成對被檢測物體隊列連續(xù)處理，如下圖2.26所示。圖2.26 機器視覺檢測系統(tǒng)工作原理工業(yè)視覺工業(yè)視覺3.工業(yè)視覺的工作原理圖2.16是工程應(yīng)用上的典型的機器視覺檢測系統(tǒng)。在流水線上，零件經(jīng)過輸送帶到達(dá)觸發(fā)器時，機器視覺攝像單元立即打開照明，拍攝零件圖像；隨即圖像數(shù)據(jù)被傳送到處理器，處理器根據(jù)像素分部和亮度、顏色等信息，進(jìn)行運算來抽取目標(biāo)的特征：面積、長度、數(shù)量、位置等；再根據(jù)預(yù)設(shè)的判據(jù)來輸出結(jié)果；尺寸、角度、偏移量、個數(shù)、合格/不合格、有/五等；通過現(xiàn)場總線與PLC通信，指揮執(zhí)行機構(gòu)（諸如氣泵），彈出不合格產(chǎn)品。圖2.27 工程應(yīng)用上的典型的機器視覺檢測系統(tǒng)工業(yè)視覺4.工業(yè)視覺的用途工業(yè)視覺可用于實現(xiàn)對產(chǎn)品表面信息進(jìn)行檢測、非接觸式測量產(chǎn)品外觀尺寸、判斷物體位置坐標(biāo)以及識別判斷物體的顏色、形狀等特征。從應(yīng)用工藝來看，工業(yè)視覺既可以和機器人配合，實現(xiàn)分揀、裝配、印刷等工藝，也可以進(jìn)行高性能和精密組件的檢測和測量，后者對精密程度要求更高，但也恰恰是人眼難以實現(xiàn)的，需求也更大，其工業(yè)視覺用途如圖2.17。圖2.28 工業(yè)視覺的用途工業(yè)視覺4.工業(yè)視覺的用途隨著制造工藝的不斷提高，工業(yè)產(chǎn)品尤其是大型構(gòu)件的外形設(shè)計日趨復(fù)雜。同時，由于大型構(gòu)件的體積和重量限制，不便于經(jīng)常移動，給傳統(tǒng)的測量方式帶來了巨大的困擾。機器視覺測量技術(shù)是一種基于光學(xué)成像、數(shù)字圖像處理、計算機圖形學(xué)的無接觸的測量方式，擁有嚴(yán)密的理論基礎(chǔ)，測量范圍更廣，而且相對于傳統(tǒng)測量方式而言，擁有更高的測量精度和效率。圖2.29 基于機器視覺的尺寸測量系統(tǒng)尺寸測量工業(yè)視覺4.工業(yè)視覺的用途傳統(tǒng)制造業(yè)中的焊接、搬運、裝配等固定流程在工業(yè)機器人的操作過程中，零件的初始狀態(tài)與機器人的相對位置并不是固定的。這導(dǎo)致工件的實際擺放位置和理想加工位置存在差距，機器人難以按照原定的程序進(jìn)行加工。隨著機器視覺技術(shù)以及更靈活的機器手臂的出現(xiàn)，這個問題得到了很好的解決，為智能制造的迅速發(fā)展提供了動力。圖2.30 貼片機視覺定位系統(tǒng)視覺定位工業(yè)視覺4.工業(yè)視覺的用途缺陷檢測是機器視覺技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中最重要的應(yīng)用之一，在制造生產(chǎn)的過程中，幾乎所有的產(chǎn)品都面臨著缺陷檢測。傳統(tǒng)的手工檢測存在著許多不足：首先，人工檢測的準(zhǔn)確性依賴于工人的狀態(tài)和熟練程度;其次，人工操作效率相對較低，不能很好的滿足大量生產(chǎn)檢測的要求;近年來人工成本也在逐步上升。所以，機器視覺技術(shù)被廣泛用于產(chǎn)品檢測中，在制造環(huán)節(jié)中，某些步驟的缺失或者加工缺陷會導(dǎo)致零部件的丟失，以及孔洞、污漬、劃痕等常見的表面缺陷，這些工業(yè)生產(chǎn)中遇到的問題，都可以通過視覺檢測及算法來解決。圖2.31 缺陷檢測缺陷檢測工業(yè)視覺4.工業(yè)視覺的用途在工業(yè)領(lǐng)域中的主要應(yīng)用有條形碼讀取、二維碼掃描識別等，以往多用NFC標(biāo)簽等載體進(jìn)行信息讀取，需要與產(chǎn)品進(jìn)行近距離接觸。隨著工業(yè)攝像機等硬件設(shè)備的更新?lián)Q代，二維碼等標(biāo)識可以被遠(yuǎn)距離讀取和識別，而且攜帶的信息更豐富，可以將所有產(chǎn)品信息寫入二維碼，而無需聯(lián)網(wǎng)查詢信息。變焦相機截取條碼影像與其他可視化信息，以控管產(chǎn)品品質(zhì)。圖2.32 NFC標(biāo)簽?zāi)Ｊ阶R別目錄標(biāo)識解析02工業(yè)設(shè)備互聯(lián)01工業(yè)視覺03《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)》/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系列課程傳感設(shè)備04傳感設(shè)備工業(yè)的發(fā)展離不開眾多感知技術(shù)的加持，其中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一便是傳感器?？梢哉f，工業(yè)傳感器讓自動化智能設(shè)備有了感知能力。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，我國工業(yè)傳感器在體系、規(guī)模、產(chǎn)品種類、基礎(chǔ)技術(shù)研究、產(chǎn)學(xué)研用一條龍建設(shè)等多方面取得了一定的進(jìn)步，基本滿足國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要。工業(yè)傳感器是用于各種工業(yè)場景如能源、石油、化工、冶金、電力、機械制造、汽車等工業(yè)制造過程中的各類傳感器，泛指在工業(yè)制造過程能將感受的力、熱、光、磁、聲、濕、電、環(huán)境等被測量轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件與裝置。是一類涉及多學(xué)科基礎(chǔ)技術(shù)融合的工業(yè)產(chǎn)品。具有技術(shù)密集、多品種、小批量、使用靈活及應(yīng)用分布廣泛的典型特征。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)完成的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)信息，因此前端用于采集數(shù)據(jù)的傳感器對于所有生態(tài)系統(tǒng)的智能系統(tǒng)尤為重要。這些傳感器為智能系統(tǒng)提供了必要的數(shù)據(jù)支持，使得智能決策和自動化控制成為可能。其中光電、溫度、健身運動、位置和視覺效果是最常見的。以下是一些常用于工業(yè)自動化解決方案的傳感器類型。圖2.33 工業(yè)傳感器傳感設(shè)備工業(yè)視覺粉塵傳感器粉塵傳感器出現(xiàn)已久，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工業(yè)自動化解決方案中引發(fā)了許多有趣的應(yīng)用案例，如暖通空調(diào)、建筑監(jiān)理、火災(zāi)事故和氣體泄漏概率高的機械設(shè)備等。粉塵傳感器與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案集成后，可及時處理最輕微的蒸汽泄漏或輕微火災(zāi)事故。圖2.34 粉塵傳感器工業(yè)視覺接近傳感器接近傳感器主要用于檢測物體的位移，在航空、航天技術(shù)以及工業(yè)生產(chǎn)中都有廣泛的應(yīng)用。在日常生活中，如賓館、飯店、車庫的自動門、自動熱風(fēng)機上都有應(yīng)用。在安全防盜方面，如資料檔案室、博物館、金庫等重地，通常都裝有由各種接近開關(guān)組成的防盜裝置。在測量技術(shù)中，接近開關(guān)可用于長度、位置的測量。在控制技術(shù)中，如位移、速度、加速度的測量和控制，也都使用了大量的接近開關(guān)，產(chǎn)品如圖2.35。圖2.34 接近傳感器工業(yè)視覺紅外傳感器紅外傳感器的關(guān)鍵是探測人類的存在，在國防上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。然而，近年來，集成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案的紅外傳感器也在其他行業(yè)得到了應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子器件、有機化學(xué)、診斷和治療等領(lǐng)域。在Renesas、Melexis、Intersil等企業(yè)中，村田和Melexis是少數(shù)能展示工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)紅外傳感器的企業(yè)。圖2.35 紅外線傳感器工業(yè)視覺壓阻式傳感器壓阻式傳感器（piezoresistancetypetransducer）是指利用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器。單晶硅材料在受到力的作用后，電阻率發(fā)生變化，通過測量電路就可得到正比于力變化的電信號輸出。它可以將壓力、拉力、壓力差以及可以轉(zhuǎn)化為力變化的其他物理量（例如液位、加速度、重量、應(yīng)變、流量、真空度）轉(zhuǎn)換成可測量的電信號。這些傳感器因其高靈敏度、快速響應(yīng)和良好的穩(wěn)定性，廣泛地應(yīng)用于航天、航空、航海、石油化工、動力機械、生物醫(yī)學(xué)工程、氣象、地質(zhì)、地震測量等各個領(lǐng)域。圖2.36壓阻式傳感器工業(yè)視覺位移傳感器位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，傳感器的作用是把各種被測物理量轉(zhuǎn)換為電量。在生產(chǎn)過程中，位移的測量一般分為測量實物尺寸和機械位移兩種。按被測變量變換的形式不同，位移傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式又可分為物性型和結(jié)構(gòu)型兩種。常用位移傳感器以模擬式結(jié)構(gòu)型居多，包括電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、自整角機、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。位移傳感器的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，常用在工業(yè)自動化或者建筑橋梁等方面。位移傳感器根據(jù)位移量的大小輸出大小不同的電信號，然后能判斷位移量的大小。常用的有應(yīng)變式位移傳感器，磁致伸縮位移傳感器，光柵位移傳感器，激光位移傳感器，角度位移傳感器等。圖2.37位移傳感器工業(yè)視覺溫度傳感器溫度傳感器（temperaturetransducer