各類的檢測、測量和零件識別應(yīng)用是現(xiàn)代工業(yè)自動化的重要製程一,機器視覺在其中扮演了重要的地位,雖然隨著技術(shù)的快速演進,機器視覺應(yīng)用層面日漸寬廣,不過製程應(yīng)用仍是機器視覺的核心應(yīng)用,就系統(tǒng)面來看,現(xiàn)在製程設(shè)備延用的技術(shù)越來越多,整合已成為製造系統(tǒng)設(shè)計時的重要考量,機器視覺作為自動化系統(tǒng)的重要組成之一,與異系統(tǒng)整合自然也成為設(shè)備廠商不可避免的課題。
目前機器視覺在現(xiàn)在工業(yè)自動化生產(chǎn)的主要應(yīng)用,包括汽車零配件尺寸檢查及自動裝配的完整性檢查、電子裝配線的元件自動定位、飲料瓶蓋的印刷品質(zhì)檢查,或是產(chǎn)品包裝上的條碼和字元識別等,這檢測都需要機器視覺與其自動化技術(shù)的相互整合。
機器視覺的運作流程,主要是先透過鏡頭擷取圖像,再將該圖像傳送至處理單元,通過數(shù)位化處理,根據(jù)圖元分佈和亮度、顏色等資訊,來進行尺寸、形狀、顏色等的判別,進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。
前面提到的應(yīng)用產(chǎn)業(yè),其共同特徵是連續(xù)大量生產(chǎn),此外對外觀品質(zhì)亦有非常高的要求。通常這種帶有高度重複性和智慧性的工作,只能由人工檢測來完成,部分傳統(tǒng)製造工廠中,生產(chǎn)線後面可以看到數(shù)量龐大的檢測工人來執(zhí)行這道程序,但在增加了這些巨大的人工與管理成本的同時,卻仍然不能保證100%的良率,機器視覺的導(dǎo)入,則協(xié)助解決了這些問題。
雖然前面談過,基於演算的複雜性,機器視覺在品質(zhì)控制上,並不能完全取代人眼的運作,但相對而言,比起人類的疲勞與不專注所造成的誤差,機器視覺仍有一定程度可以取代前述問題。
機器視覺系統(tǒng)最大應(yīng)用,目前在於工廠作業(yè)生產(chǎn)線,藉以提升線上高速率製造的檢驗處理。但在高階使用者如IC製造與LCD業(yè)者的要求下,更快速的視覺系統(tǒng)需求不斷的被提出,解析度更高、功能更細密的系統(tǒng)受到更多的矚目。
目前趨勢,主要是以整合快速微處理器,來加快視覺系統(tǒng)速率,提升速度後,機器視覺系統(tǒng)於製造生產(chǎn)線上,可以處理更多的零件,而更可以檢視每一零件的「更多特徵」,亦可提供更多零件的詳細影像分析,這樣的趨勢,也將機器視覺系統(tǒng)的效能再往上提升。
機器視覺 已成自動化生產(chǎn)重要機制
不過相較於多元化的應(yīng)用模式,機器視覺技術(shù),最重要的仍在整合性應(yīng)用。
以汽車產(chǎn)業(yè)為例,機器視覺已成為汽車工業(yè)生產(chǎn)線不可或缺的技術(shù),目前機器視覺在汽車及零部件製造業(yè)中的應(yīng)用範(fàn)圍,主要涵蓋汽車零部件生產(chǎn)線、零部件定位、車體識別、各種汽車零部件精度的影像檢測系統(tǒng)、齒輪缺陷檢測、發(fā)動機總裝檢測、火星塞檢測、汽車裝配及燈光檢測等領(lǐng)域,就此來看,機器視覺已成為汽車及其零件製造業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)解決方案。
就市場面來看,近年來以汽車工業(yè)為重要發(fā)展的大陸,也開始大量導(dǎo)入機器視覺,大陸廠商指出,機器視覺技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了生產(chǎn)效率,也同時降低成本;從技術(shù)的發(fā)展的角度來看,機器視覺技術(shù)已提高大陸汽車的製造品質(zhì)。
碁仕科技資深經(jīng)理周坤仁指出,機器視覺是自動化系統(tǒng)的一環(huán),整合功能相當(dāng)重要,因此系統(tǒng)整合商必須全方位佈局,提供軟硬體元件與技術(shù)支援,包括攝影機、鏡頭、光源、影像卡以及軟體,另外像是PC-Based所需的影像擷取卡、單機應(yīng)用需求的Smart Camera等,也都是必須,周坤仁認為,機器視覺的應(yīng)用包羅萬象,各產(chǎn)業(yè)都會有其可應(yīng)用發(fā)揮的空間,在臺灣除了電子業(yè)之外,像是食品包裝業(yè)、製藥產(chǎn)業(yè)、玻璃、鋼鐵、造紙等各產(chǎn)業(yè),也都有其不同的機器視覺需求,因此不能僅以一種裝置或解決方案,處理各產(chǎn)業(yè)需要解決的問題,「只有整合,才能擴大自動化生產(chǎn)的完整性。」
由於碁仕科技為歐系視覺產(chǎn)品的代理商,周坤仁指出,碁仕科技強調(diào)的是在機器視覺領(lǐng)域中GIGI四面向的綜合性應(yīng)用,並整合合作廠商的技術(shù),協(xié)助使用者利用自動化設(shè)備整合完整的生產(chǎn)線。
周坤仁表示,機器視覺市場的客戶,主要包括三類,在製造業(yè)應(yīng)用範(fàn)疇中的客戶群為終端使用者,第二層次為系統(tǒng)整合商,最終則是產(chǎn)業(yè)機器設(shè)備製造商;而機器視覺本身,亦可區(qū)分為兩大主軸,分別是PC-Based及單機型。
PC-Based的使用者,大多需要具備程式能力,前段影像擷取的部份可由硬體工程師進行整合;軟體部份則需要具有程式能力的軟體工程師,來進行系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計,這一類設(shè)備的開發(fā)時程較長,適用於有獨特需求、並具備軟體開發(fā)能力的使用者。
這三大客戶群,各有不同的技術(shù)背景與需求,終端使用者的需求,較多在於簡單易操作、All in one的單機型設(shè)備,只需要對機器視覺有一定程度的概念與實務(wù)經(jīng)驗,即可透過套裝軟體完成單機型設(shè)備參數(shù)的設(shè)定。
像是在工廠製造螺帽與螺絲,機器視覺的檢測就包含了GIGI的四個面向與其他技術(shù)的整合,在運作中,系統(tǒng)先透過攝影機辨識螺絲的方向,指示機械手臂的夾取,再由相機擷取影像,同時進行螺距的量測及品質(zhì)的控管,最後指示手臂將其放入合格或不合格的欄位,這些步驟必須整合演算及運動控制,基本上每個動作都不困難,但困難的問題在於如何整合成順暢的生產(chǎn)線流程。
軟硬兼施 打造最適化系統(tǒng)
至於如何選擇適用的元件,周坤仁認為,這要從硬體與軟體兩方面分析,在軟體方面,不論是PC-Based或單機版本,軟體的靈活控制為最優(yōu)先項目,「對使用者友善的介面,對終端使用者來說,是最重要的。」因應(yīng)不同的需求,機器視覺有不同的作法以及客戶群,各有其優(yōu)勢與特點,來滿足多元的應(yīng)用,而在硬體方面,則必須取決於技術(shù)整合,如何配合機構(gòu)限制及功能需求,選擇最適宜的產(chǎn)品,是從經(jīng)驗學(xué)習(xí)而來,就此來看,經(jīng)驗將是自動化系統(tǒng)整合時最關(guān)鍵的一環(huán),他坦言,現(xiàn)在資訊發(fā)達,各廠商之間的技術(shù)差距並不大,技術(shù)已成為市場競爭的必要條件,經(jīng)驗才是決勝條件,豐富的經(jīng)驗將可再有限的成本中,組裝出最適化、性價比最高的系統(tǒng),因此他建議製造業(yè)者在面對市場眾多選擇時,可以從經(jīng)驗多寡的面向來挑選廠商,而非一味只從價格考量,否則其結(jié)果將會得不償失。