“機器視覺”工業(yè)自動化系統(tǒng)助力我國走向“工業(yè)4.0”

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從產(chǎn)品缺陷檢測、二維碼辨識、建立生產(chǎn)履歷到引導(dǎo)機器手臂執(zhí)行任務(wù)，機器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴張，而且在生產(chǎn)線上的表現(xiàn)可圈可點。機器視覺技術(shù)不僅節(jié)省了大量人力，工業(yè)自動讀碼更創(chuàng)造出許多人類作業(yè)員無法帶來的價值。

　　機器視覺可說是工業(yè)自動化系統(tǒng)的靈魂之窗，從物件/條碼辨識、工業(yè)自動讀碼、產(chǎn)品檢測、外觀尺寸量測到機械手臂/傳動設(shè)備定位，都是機器視覺技術(shù)可以發(fā)揮的舞臺。而為了因應(yīng)層出不窮的新應(yīng)用需求，工業(yè)相機的設(shè)計也出現(xiàn)新的發(fā)展方向。

　　隨著應(yīng)用范疇越來越廣，為了增加應(yīng)用彈性或與工業(yè)電腦攜手組成更復(fù)雜的工業(yè)自動化系統(tǒng)，工業(yè)相機的規(guī)格發(fā)展趨勢正逐漸朝個人電腦靠攏，部分產(chǎn)品甚至已演化成一臺麻雀雖小，五臟俱全的迷你工業(yè)電腦。

由于CPU效能、視覺演算法與硬體成本不斷改善，機器視覺在工廠的應(yīng)用變得越來越普及，同時也為制造業(yè)者帶來降低成本、提升品質(zhì)與生產(chǎn)效率等效益。跟人眼相比，機器視覺有檢測速度快、把關(guān)標準不受到人的主觀影響等優(yōu)勢，而且機器視覺的解析度遠高于人眼，在檢測細微零件或電路時，比人眼更能明察秋毫。上述優(yōu)勢使得機器視覺近年來在科技制造業(yè)與傳統(tǒng)制造業(yè)都大受歡迎。

　　機器視覺在生產(chǎn)制造上的應(yīng)用越來越廣泛，工業(yè)相機/工業(yè)自動讀碼器這類產(chǎn)品也出現(xiàn)新的發(fā)展方向。由于不同應(yīng)用對機器視覺的性能跟功能配置有很大的差異，因此機器視覺大致上可區(qū)分成可配置型系統(tǒng)、嵌入型系統(tǒng)與智慧相機型三大類。但不論是哪種機器視覺系統(tǒng)，除了少數(shù)特殊應(yīng)用外，其所使用的工業(yè)相機都越來越向個人電腦靠攏，甚至智慧相機本質(zhì)上就是一臺內(nèi)建CPU、記憶體，可以執(zhí)行各種視覺演算法的工業(yè)電腦。

　　除了需要逐行掃描(例如面板檢測)或非常高速的應(yīng)用仍使用配備Camera Link介面的工業(yè)相機外，目前大多數(shù)工業(yè)相機都采用GbE介面，除了成本低廉外，容易與工業(yè)電腦介接，組成龐大復(fù)雜的自動化系統(tǒng)也是其一大優(yōu)勢。搭載USB 3.0的工業(yè)相機也因為同樣的理由，而在市場上越來越受到歡迎。

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專用軟體算法加持二維碼讀取難不倒

　　除了更開放之外，機器視覺軟體近年來性能的進化也不容小覷。康耐視(Cognex)工業(yè)自動讀碼專家臺灣區(qū)總經(jīng)理方瑞應(yīng)表示，為了提升產(chǎn)品制造過程的自動化程度，或是搜集完整的生產(chǎn)履歷資料，制造業(yè)導(dǎo)入工業(yè)二維碼的風(fēng)氣已經(jīng)成形。

　　不過，要在生產(chǎn)線上穩(wěn)定而快速地讀出正確的二維碼，其實是相當大的挑戰(zhàn)。例如二維碼標簽本身已經(jīng)破損、被其他物件遮住一部分，或標簽印得模糊不清等狀況，都是很常見的問題。目前領(lǐng)先的二維碼辨識演算法已經(jīng)有能力克服上述問題，即便是在二維碼本身有部分破損或被其他物件遮擋的情況下，還是可以正確解譯。

　　針對電子業(yè)應(yīng)用的二維碼，還有一個其他產(chǎn)業(yè)比較少遇到的難題：微型化的二維碼。舉例來說，某家手機品牌大廠便已經(jīng)在其手機所使用的零組件上，利用雷射、蝕刻等種種方法，將二維碼直接打在元件上。如此一來，在手機的組裝制造過程中，每一個步驟都能留下紀錄，不僅有助于提升產(chǎn)品良率，萬一手機發(fā)生故障，也很容易追溯到生產(chǎn)源頭。

　　不過，由于手機零件本身已經(jīng)非常微小，能留給二維碼標示的面積非常有限，因此這種二維碼的長寬往往只有數(shù)毫米，甚至常比米粒還小，因而對機器視覺算法的可靠度與性能構(gòu)成相當大的挑戰(zhàn)。

　　為了解決在生產(chǎn)線上讀取二維碼時所遇到的各種挑戰(zhàn)，康耐視工業(yè)自動讀碼行業(yè)專家耗費多年時間，研發(fā)出在條碼缺損、部分遮蔽的情況下，也能輕松讀取的PowerGrid讀碼演算法。這項特性也讓該公司的演算法可以準確讀取小型二維碼。舉例來說，因為PowerGrid演算法即便是在二維碼標簽沒有靜音區(qū)、時鐘圖案、定位圖案的情況下也能順利讀取，因此廠商在元件上打印標簽時，便可以省下非常可觀的空間。

視覺功能加持機器手臂應(yīng)用更靈活

　　機器手臂是工業(yè)自動化的象征，過去在某些制造業(yè)已經(jīng)大量普及，例如汽車產(chǎn)業(yè)。工業(yè)4.0將是機器手臂應(yīng)用大舉擴張到其他制造業(yè)的契機，但在此之前，機器手臂業(yè)者必須先設(shè)法推出具備高部署彈性，適合各種產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的機器手臂解決方案，并且要設(shè)法壓低導(dǎo)入的門檻。

　　愛普生(Epson)機器手臂自動化營業(yè)部解決方案服務(wù)處經(jīng)理陳建仲表示，中長期來看，機器手臂不會一直停留在取代勞力的階段，而是會朝執(zhí)行人類無法勝任的工作發(fā)展。因此，機器手臂必然要搭配各種感測功能，并且視當下的條件處理所遇到的問題。因此，機器手臂搭配機器視覺與力覺感測等各種感測功能，將是必然趨勢。

　　有鑒于此，愛普生除了提供多種小型、高精度機器手臂外，同時也發(fā)展自己的智慧視覺與力覺感測技術(shù)，以便為客戶提供完整的原廠解決方案，降低導(dǎo)入障礙。事實上，機器視覺是實現(xiàn)手臂校正非常重要的工具，以愛普生的方案為例，藉由機器視覺輔助，手臂的工具座標設(shè)定時間可以縮減80%，而且任何人都可以獨力完成。在遇到生產(chǎn)線調(diào)整、產(chǎn)品換線時，此特性可以創(chuàng)造很大的價值。

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