智能物联—工业识别与定位制技术(机器视觉、智能传感器、射频识别、物联网)

 今天利又德的小编为大家介绍一下机器视觉、智能传感器、射频识别（RFID）及工业物联网四大技术。机器视觉实现机器“视觉延伸”，智能传感器是智能制造基石，RFID实现非接触自动识别，工业物联网打通设备与信息系统，四者协同赋能智能制造，提升生产效率与智能化水平。

1、机器视觉

物联网是以智能感知、识别、定位与计算机计算等通讯感知技术为主要形式，广泛应用与智能制造过程中。

工业识别和定位是实现智能制造技术的基础。

工业识别和定位技术能够为生产、物流过程实时提供准确的信息，助力企业实现智能制造。

机器视觉系统是指用计算机实现人的视觉功能，也就是用计算机来实现对客观的三维世界的识别。（机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断）

机器视觉系统最基本的特点就是提高生产的灵活性和自动化程度。在一些不适于人工作业的危险工作环境或者人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉。同时，在大批量重复性工业生产过程中，用机器视觉检测方法可以大大提高生产的效率和自动化程度。机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。

机器视觉系统是一种非接触式的光学传感器，它同时集成软硬件，能够自动地从所采集的图像中获取信息或者产生控制动作。该系统主要由三部分组成：图像的采集(信息拾取)、图像的处理和分析(特征提取、模式识别、数据融合)、输出或显示。

图像的采集部分：

1、光源 ( 照明)

2、光学系统（镜头）

3、图像捕捉系统（相机）

4、图像采集卡（图像的传输）

图像的处理和分析部分：（核心）

1、计算机

2、图像处理方法

3、图像处理硬件

4、图像处理软件

输出或显示部分：（目的）

1、显示

2、控制执行机构

原理：

1、采用相机将被摄取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，通过模数转换器转换成数字信号；

2、图像系统对这些信号进行各种运算来提取目标的特征(面积、长度、数量和位置等)；

3、根据预设的容许度和其他条件输出结果(尺寸、角度、偏移量、个数、合格/不合格等)；

4、控制系统实时获得检测结果后，指挥执行机构进行相应的控制运动动作。

基于机器视觉的工业机器人定位技术流程

机器视觉是实现智能制造的必要手段。

如果说工业机器人是人类手的延伸、交通工具是人类腿的延伸，那么机器视觉就相当于人类视觉在机器上的延伸。机器视觉实现了对工件尺寸、形状、颜色等特征的自动判断和识别，可以让机器代替人眼做测量和判断，是实现工业自动化和智能化的必要手段。

机器视觉的扩展应用：从工业视觉到计算机视觉，从人机交互到自动驾驶，从虚拟现实到物体自动识别，机器视觉都能担当着重要角色。

2、智能传感器（intelligent sensor）

是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。传感技术作为信息获取技术，是现代信息技术的三大支柱之一。（传感器是实现自动化检测和智能控制的首要器件。智能传感器——实现智能制造的基石。）

传感器是“能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置”，以满足信息传输、处理、记录、显示和控制的要求。总而言之，一切获取信息的仪表器件都可称为传感器。。

传感器的组成：

传感器的敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量由确定关系的物理量信号

传感器的敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量由确定关系的物理量信号

传感器的发展被划分为三个阶段：

●第一阶段始于20世纪50年代，结构型传感器出现，它利用结构参量变化来感受和转化信号。

●第二阶段始于20世纪70年代，固体型传感器逐渐发展，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成。利用材料的热电效应、霍尔效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器等。

●第三阶段由20世纪末开始，智能型传感器出现并快速发展。它是计算机技术与检测技术相结合的产物，能够对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力，是当前传感器的主流。

智能传感器是指具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储等功能的多元件集成电路，是集传感单元、通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等于一体的系统级产品。

1．电阻式传感技术

2．电容式传感技术

3．电感式传感技术

4．压变式传感技术

5．磁电式传感技术

6．热电式传感技术

7．热阻式传感技术

8．光电式传感技术

9．半导体传感技术

10．波式传感技术

11．数字传感技术

12．智能传感技术

智能化传感器基本结构

智能传感器与传统传感器相比较具有如下特点：

（1）自动补偿能力

（2）在线校准

（3）自诊断

（4）数值处理

（5）双向通信

（6）信息存储和记忆

（7）数字量输出

提高了传感器的精度

提高了传感器的可靠性

提高了传感器的性能价格比

促成了传感器多功能化

智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域

举例：对于制造业来说，智能传感器是实现智能制造的基础。

1、在机器人领域中有着广阔应用前景，智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能，可感知各种现象，完成各种动作。

2、智能传感器在数控机床中的应用，检测位移、位置、速度、压力等方面均部署了高性能传感器，能够对加工状态、刀具状态、磨损情况以及能耗等过程进行实时监控，以实现灵活的误差补偿与自校正，实现数控机床智能化的发展趋势。此外，基于视觉传感器的可视化监控技术的采用，使得数控机床的智能监控变得更加便捷。

3、高端装备行业的传感器多应用在设备运维与健康管理环节。如航空发动机装备的智能传感器，使控制系统具备故障自诊断、故障处理能力，提高了系统应对复杂环境和精确控制的能力。

4、工业电子领域，在生产、搬运、检测、维护等方面均涉及智能传感器，如机械臂、AGV导航车、AOI检测等装备。

5、在消费电子和医疗电子产品领域，智能传感器的应用更具多样化。如智能手机中比较常见的智能传感器有距离传感器、光线传感器、重力传感器、图像传感器、三轴陀螺仪和电子罗盘等。

智能传感技术是智能制造和物联网的先行技术，作为前端感知工具，推动传统工业的转型升级。

发展趋势：

（1）寻找新原理，开发新材料，研究新型传感器

（2）向高精度发展

（3）向高可靠性、宽温度范围发展

（4）向集成化、多功能化发展

（5）向微型化发展

（6）向微功耗及无源化发展

（7）向数字化和智能化方向发展

（8）向网络化发展

3 射频识别技术

射频识别（简称RFID）技术，是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。

性能特点：

1、体积小型化、形状多样化

2、可重复使用

3、快速扫描

4、抗污染能力和耐久性（非接触）

5、穿透性和无屏障阅读

6、数据的记忆容量大

7、安全性好

射频识别作为一种特殊的识别技术，区别于传统的条码、插入式IC卡和生物（例如指纹）识别技术，具有下述特征：

（1）通过电磁耦合方式实现的非接触自动识别技术。

（2）需要利用无线电频率资源，并且须遵守无线电频率使用的众多规范。

（3）由于存放的识别信息是数字化的，因此通过编码技术可以方便实现多种应用。

（4）可以方便地进行组合建网，以完成多种规模的系统应用。

（5）涉及计算机、无线数字通信、集成电路、电磁场等众多学科。

在RFID系统中，射频识别部分主要由阅读器和应答器两部分组成，阅读器与应答器之间的通信采用无线的射频方式进行耦合。

RFID的不同频段的实现技术差异较大，各有特点

RFID的耦合方式：电感耦合（磁耦合）和反向散射耦合（电磁场耦合）

RFID系统由阅读器(读写器Reader)、应答器（电子标签Tag）和高层（数据管理系统）等部分组成。

射频识别技术在智能制造中的优势：

（1）实现各种生产数据采集的自动化和实时化，弥补企业计划层与控制层之间的“信息断层”，及时掌握生产计划和生产线生产状态。

（2）有效跟踪、管理和控制生产所需资源和在制品，实现生产过程的透明化和可视化管理。

（3）加强生产现场物料配送的及时性和准确性，降低装配差错率；加强生产过程质量监控和跟踪能力，提高产品质量和生产线整体生产效率。

射频识别技术在智能制造中的应用：

（1）RFID技术的数字化车间。

（2）基于RFID技术的智能产品全生命周期管理。

（3）基于RFID技术的制造物流智能化。

4、 工业物联网

工业物联网是物联网技术在制造企业或智能工厂中的应用，它指通过传感器技术、标识识别技术、图像视频技术、定位技术等感知技术，实时感知企业或工厂中需要监控、连接和互动的装备，并构建企业办公室的信息化系统，打通办公信息化系统与生产现场设备的直接联系。

物联网集成了RFID、传感器、无线网络、中间件、云计算等新技术，其发展会极大地促进各行业的信息化进程，实现物与物、人与物的自动化信息交互与处理。

物联网技术在制造业中的应用优势：

（1）产品智能化：

（2）实时售后服务：

（3）过程监控与管理： （设施管理、库存管理、工业安全。。。）

（4）物流管理：

基于物联网的智能制造产业发展趋势有以下几个方面：

（1）制造过程向全球化的协同创新发展

（2）生产和研发向精益化的方向发展

（3）制造设计从高能耗向低能高效转变

物联网技术应用于生产线过程检测、实时参数采集、生产设备与产品监控管理、材料消耗监测等环节，可以大幅度提高生产智能化水平。

（1）制造业供应链管理

（2）生产过程工艺优化

（3）产品设备监控管理

（4）环保监测及能源管理

（5）工业安全生产管理