機(jī)器視覺系統(tǒng)簡(jiǎn)介

機(jī)器視覺顧名思義是使機(jī)器具有像人一樣的視覺功能，從而實(shí)現(xiàn)各種檢測(cè)、判斷、識(shí)別、測(cè)量、定位等功能。機(jī)器視覺可以顯著提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化、智能化程度。一個(gè)典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)包括:光源、鏡頭、相機(jī)、圖像處理硬件、圖像處理軟件、執(zhí)行單元等。

機(jī)器視覺綜合了光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)軟硬件方面的技術(shù)，涉及圖像處理、模式識(shí)別、人工智能、光機(jī)電一體化等多個(gè)領(lǐng)域。

近年來，圖像處理和人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，極大地推動(dòng)了機(jī)器視覺的發(fā)展。

機(jī)器視覺系統(tǒng)工作原理

機(jī)器視覺系統(tǒng)通過圖像采集硬件(相機(jī)、鏡頭、光源等)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，并傳送給圖像處理軟件。圖像處理軟件根據(jù)像素亮度、顏色分布等信息，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行特征提取，并做出相應(yīng)的判斷，根據(jù)結(jié)果輸出來控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能。
視覺處理系統(tǒng)包含硬件和軟件兩方面。根據(jù)硬件的不同，機(jī)器視覺系統(tǒng)分為智能相機(jī)和基于PC的視覺系統(tǒng)。一個(gè)基于PC的機(jī)器視覺系統(tǒng)核心的部分由光源、鏡頭、相機(jī)、視覺處理系統(tǒng)四個(gè)部分組成。
鏡頭主要作用是將被測(cè)目標(biāo)成像至攝像機(jī)的感光芯片上。
相機(jī)主要作用是采集圖像，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而輸出圖像給計(jì)算機(jī)。
軟件的核心技術(shù)為圖像處理及分析算法，它包括圖像增強(qiáng)、圖像分割、特征抽取、圖像識(shí)別與分析等。通過圖像處理與分析，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量判斷、尺寸測(cè)量，并將結(jié)果信號(hào)傳輸?shù)较鄳?yīng)的硬件進(jìn)行顯示或執(zhí)行。

機(jī)器視覺與人工視覺的對(duì)比

在以往大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，主要靠人工視覺對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量、識(shí)別和分析。由于人工視覺處理時(shí)，效率低，穩(wěn)定性差且精度不高，用機(jī)器視覺可以大幅度提高處理效率和自動(dòng)化程度。

同時(shí)，在一些不適合人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人眼難以滿足要求的場(chǎng)合，也常用機(jī)器視覺來替代人眼，如核電站監(jiān)控、晶圓缺陷檢測(cè)。而且機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)之一。

由于機(jī)器視覺系統(tǒng)可快速獲取大量信息，且易于自動(dòng)處理及信息集成，故在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛用于裝配定位、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、產(chǎn)品識(shí)別、尺寸測(cè)量等方面。機(jī)器視覺與人工視覺主要區(qū)別如右表。

機(jī)器視覺發(fā)展趨勢(shì)

隨著機(jī)器視覺應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜多樣，其與深度學(xué)習(xí)算法、3D應(yīng)用技術(shù)、互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)的融合也越來越緊密。

深度學(xué)習(xí)算法︰深度學(xué)習(xí)算法模擬類似人腦的層次結(jié)構(gòu)，通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立從低級(jí)信號(hào)到高層語義的映射，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分級(jí)特征表達(dá)。深度學(xué)習(xí)算法被引入機(jī)器視覺圖像處理系統(tǒng)來進(jìn)行外觀檢測(cè)，使識(shí)別過程更智能，視覺信息處理能力更強(qiáng)大。

3D應(yīng)用技術(shù):隨著3D應(yīng)用技術(shù)的不斷深入，越來越多的3D重構(gòu)技術(shù)被引入到機(jī)器視覺，如結(jié)構(gòu)光、DFF、TOF、立體視覺、光度立體法等。3D圖像處理與分析的算法也被研究得越來越廣泛，將成為機(jī)器視覺的一個(gè)主流發(fā)展方向。

互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)︰機(jī)器視覺系統(tǒng)內(nèi)部，以及與智能制造設(shè)備之間，與企業(yè)的管理系統(tǒng)之間，有必要進(jìn)行互聯(lián)互通，使設(shè)備和制造管理朝著更智能方向發(fā)展。目前視覺行業(yè)內(nèi)部，包括EMVA、AIA、CMVA、JIIA等，合作制定了GenlCam標(biāo)準(zhǔn)。AIA制定了GigE Vision，USB3 Vision等相機(jī)通信協(xié)議。視覺行業(yè)還與其他行業(yè)協(xié)會(huì)合作，不斷拓展互聯(lián)互通的外延，旨在促成視覺系統(tǒng)與其他行業(yè)的互聯(lián)互通。

機(jī)器視覺的典型應(yīng)用

在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于電子、SMT、半導(dǎo)體、醫(yī)藥/醫(yī)療、煙草、印刷、食品/飲料、汽車、鋰電、光伏等各行各業(yè)中。應(yīng)用項(xiàng)目包括裝配定位、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、產(chǎn)品識(shí)別、產(chǎn)品尺寸測(cè)量等方面。

電子行業(yè)視覺應(yīng)用

電子行業(yè)的快速發(fā)展，給機(jī)器視覺帶來了巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。機(jī)器視覺技術(shù)不斷地滲透到電子行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，從電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造到產(chǎn)品質(zhì)檢、復(fù)檢、包裝等，都給電子行業(yè)的發(fā)展注入了新的力量。

檢測(cè)內(nèi)容包括:
電容、電感外觀檢測(cè);液晶屏AA區(qū)定位、手機(jī)卡槽定位、手機(jī)外觀缺陷檢測(cè)、手機(jī)殼LOGO檢測(cè)等。

SMT行業(yè)視覺應(yīng)用

SMT(Surface Mounted Technology)是目前電子組裝行業(yè)里非常常用的一種技術(shù)和工藝。機(jī)器視覺主要用于SMT生產(chǎn)線上的定位與質(zhì)量檢驗(yàn)，包括印刷機(jī)中鋼網(wǎng)與PCB對(duì)位，錫膏3D掃描，貼片機(jī)元器件定位，印刷后AOI、貼片后AOI、爐后AOI等。
檢測(cè)內(nèi)容包括:
點(diǎn)膠檢測(cè)、元件正負(fù)極判斷、元件組裝定位、PCB板焊錫復(fù)檢(虛焊、多錫、少錫等)、OCR(光學(xué)字符識(shí)別)、表面二維碼識(shí)別等。

半導(dǎo)體行業(yè)視覺應(yīng)用

機(jī)器視覺在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用已非常普遍，涉及到半導(dǎo)體外觀缺陷、尺寸大小、數(shù)量、平整度、間距、定位、焊點(diǎn)質(zhì)量、彎曲度等檢測(cè)。

檢測(cè)內(nèi)容包括:
金屬棒、晶圓尺寸測(cè)量、晶圓劃片定位、晶棒切割定位、外觀、異物缺陷檢測(cè)、IC引腳平整度檢測(cè)、SMD包裝檢測(cè)、字符識(shí)別等。

醫(yī)藥/醫(yī)療行業(yè)視覺應(yīng)用

機(jī)器視覺技術(shù)在醫(yī)藥行業(yè)的廣泛適用性為其贏得更加廣闊的市場(chǎng)空間。
檢測(cè)內(nèi)容包括:液體制劑的灌裝定位、尺寸不合格的膠囊檢測(cè)、瓶體內(nèi)雜質(zhì)及封蓋檢測(cè)、膠囊臟污檢測(cè)、醫(yī)藥產(chǎn)品外包裝的條碼檢測(cè)、外包裝外觀檢測(cè)、外包裝紙箱的滿箱檢測(cè)等。

煙草行業(yè)視覺應(yīng)用

香煙的生產(chǎn)速度非常快，在生產(chǎn)過程中有許多不合格品產(chǎn)生。通過機(jī)器視覺及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格品并將其剔除是非常必要的。

檢測(cè)內(nèi)容包括:
煙葉原料雜物檢測(cè)、過濾煙嘴尺寸測(cè)量、卷紙包裝缺陷檢測(cè)、煙盒表面字符二維碼檢測(cè)、煙包變形檢測(cè)、煙盒計(jì)數(shù)等。

印刷行業(yè)視覺應(yīng)用

印刷行業(yè)是機(jī)器視覺常見的應(yīng)用行業(yè)之一。機(jī)器視覺系統(tǒng)能夠迅速準(zhǔn)確的檢測(cè)出印刷品中的各類缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低企業(yè)成本。被檢測(cè)的印刷品形式多樣，從印刷材質(zhì)類型可分為紙質(zhì)、塑料和金屬鋼板等;從印刷的形式可分為卷曲材料和單張產(chǎn)品。
檢測(cè)內(nèi)容包括:
材質(zhì)的缺陷檢測(cè)(如孔洞、異物等)、印刷缺陷檢測(cè)(如飛墨、刀絲、蹭版、套印不準(zhǔn)等)、顏色缺陷檢測(cè)(如淺印、偏色、露白等)。

食品/飲料行業(yè)視覺應(yīng)用

近年來，在食品/飲料高速生產(chǎn)流水線上，人工檢測(cè)已不能滿足企業(yè)對(duì)于食品/飲料質(zhì)量的檢測(cè)要求，機(jī)器視覺的迅速發(fā)展大大提高了食品/飲料行業(yè)檢測(cè)技術(shù)水平。隨著一系列應(yīng)用問題得到解決，基于機(jī)器視覺應(yīng)用的食品/飲料生產(chǎn)自動(dòng)化程度顯著提高。
檢測(cè)內(nèi)容包括:
玻璃瓶的質(zhì)量檢測(cè)，如瓶口破損、瓶身、瓶底異物檢測(cè)。瓶子計(jì)數(shù)、飲料灌裝定位、灌裝液位檢測(cè)、灌裝后異物檢測(cè)、標(biāo)簽位置及噴碼識(shí)別等。

汽車行業(yè)視覺應(yīng)用

由于人工成本的增加、人力資源的緊缺以及汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)于產(chǎn)線高效率、高精度、高品質(zhì)、高智能的要求，機(jī)器視覺技術(shù)在汽車行業(yè)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用，不僅可以大大提高工作效率，而且可以提升產(chǎn)品質(zhì)量。
檢測(cè)內(nèi)容包括:
汽車五金件尺寸測(cè)量、外觀缺陷檢測(cè)、零件條碼讀取、鈑金焊點(diǎn)檢測(cè)、汽車零部件組裝定位、汽車燈罩、卡扣等字符識(shí)別、外觀檢測(cè)、面板標(biāo)識(shí)檢測(cè)等。

鋰電行業(yè)視覺應(yīng)用

近年來國(guó)家大力推動(dòng)新能源發(fā)展，鋰電池行業(yè)發(fā)展迅速。鋰電池極片在生產(chǎn)過程中，會(huì)因?yàn)橥坎紮C(jī)、輯壓機(jī)的原因造成負(fù)極露箔、暗斑、亮斑、掉料等缺陷。使用機(jī)器視覺檢測(cè)的方式替代人工挑選出次品，能夠?qū)崿F(xiàn)極片自動(dòng)化檢測(cè)，確保產(chǎn)品的安全。
檢測(cè)內(nèi)容包括:
涂布外觀檢測(cè)、極耳焊接定位、尺寸測(cè)量、折痕檢測(cè)、焊接爆點(diǎn)檢測(cè)、電池表面字符識(shí)別、成品外觀檢測(cè)等。

光伏行業(yè)視覺應(yīng)用

隨著人力成本的提高，同時(shí)為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，避免眾多人為因素造成的質(zhì)量問題，在太陽能電池板制程中，從前端到后端，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，都會(huì)影響到太陽能電池板成品的發(fā)電效率，例如二次污染和破片。使用機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)代替人工，對(duì)硅片、太陽能電池片進(jìn)行檢測(cè)與分選，是光伏制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
檢測(cè)內(nèi)容包括:
太陽能電池涂錫及尺寸測(cè)量、太陽能電池板焊接定位、焊接表面臟污檢測(cè)、電池片缺陷檢測(cè)(裂紋、雜質(zhì)、空隙、邊角斷裂、柵線斷裂、漿料污漬、色彩偏差)等。

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