消費(fèi)性產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，生產(chǎn)線效率與產(chǎn)品品質(zhì)成為製造系統(tǒng)建置時(shí)的主要考量，在此態(tài)勢(shì)下，高速、高精準(zhǔn)度的機(jī)器視覺成為現(xiàn)在生產(chǎn)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)Markets and Markets預(yù)測(cè)指出，全球機(jī)器視覺產(chǎn)品營(yíng)收將逐漸上揚(yáng)，預(yù)估2018年平均營(yíng)收將從2013年34.5億美元增加至51.2億美元，年複合成長(zhǎng)率為8.2%，在臺(tái)灣市場(chǎng)，臺(tái)灣的ASMV (Application Specific Machine Vision Systems)每年約4300套(產(chǎn)值約新臺(tái)幣138億元)，其中應(yīng)用於檢測(cè)為最大宗約佔(zhàn)45%。

近年來(lái)機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域快速增加，不過(guò)整體來(lái)看，製造業(yè)仍佔(zhàn)其應(yīng)用最大比例，現(xiàn)在製造業(yè)的生產(chǎn)模式是連續(xù)大量生產(chǎn)，在此同時(shí)對(duì)外觀品質(zhì)仍有高度要求，過(guò)去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(cè)來(lái)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(cè)工人來(lái)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(shí)，卻仍然不能保證100%的良率，機(jī)器視覺的導(dǎo)入，則協(xié)助解決了這些問(wèn)題。

機(jī)器手臂與3D檢測(cè)已成新趨勢(shì)

圖1 : 機(jī)器視覺與機(jī)器手臂整合的應(yīng)用，以視覺導(dǎo)引手臂進(jìn)行取放之應(yīng)用最廣，其次是機(jī)器人整合視覺於檢測(cè)之應(yīng)用(Source:PHASE1)

機(jī)器視覺的運(yùn)作流程，主要是以鏡頭擷取圖像，再將該圖像傳送至處理單元，通過(guò)數(shù)位化處理，根據(jù)圖元分佈和亮度、顏色等資訊，來(lái)進(jìn)行尺寸、形狀、顏色等的判別，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制製造現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作，機(jī)器視覺在製程上的建置方式，多是在生產(chǎn)線側(cè)面或上端設(shè)置工業(yè)相機(jī)，快速檢測(cè)產(chǎn)品的外觀、標(biāo)籤位置等，雖然在演算的複雜性限制下，機(jī)器視覺在品質(zhì)控制方面，仍不能完全取代人眼的運(yùn)作，但相對(duì)而言，比起人類的疲勞與不專注所造成的誤差，機(jī)器視覺仍有一定程度可以取代前述問(wèn)題。

近期智慧製造概念興起，「整合」成為新世代生產(chǎn)設(shè)備的重要設(shè)計(jì)，機(jī)器視覺在這一波整合浪潮中，最常見就是與機(jī)器手臂的結(jié)合，基於工業(yè)生產(chǎn)模式逐漸朝向智慧製造生產(chǎn)型態(tài)發(fā)展，全球許多生產(chǎn)型態(tài)逐漸導(dǎo)入整合視覺系統(tǒng)之智慧機(jī)器人應(yīng)用於生產(chǎn)線做智慧製造，根據(jù)AMC Hofmann之Robot Vision市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告指出，以視覺導(dǎo)引機(jī)器人進(jìn)行取放(Pick & Place)之應(yīng)用最廣，其次是機(jī)器人整合視覺於檢測(cè)之應(yīng)用，機(jī)器視覺技術(shù)則包含2D與3D，其中尤以2D機(jī)器視覺技術(shù)居多，市場(chǎng)上的應(yīng)用最為普遍。

圖2 : 為解決2D檢測(cè)的侷限性，機(jī)器視覺廠商已積極開發(fā)3D檢測(cè)技術(shù) (Source:inspect-online)

不管是否為智慧製造體系，減少生產(chǎn)時(shí)間、提高生產(chǎn)效率向來(lái)都是生產(chǎn)系統(tǒng)的建置宗旨，在此設(shè)計(jì)核心下，系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)設(shè)備的功能都必須不斷進(jìn)化，機(jī)器視覺也是如此，目前2D機(jī)器視覺雖為產(chǎn)品檢測(cè)的技術(shù)，不過(guò)為解決其侷限性，業(yè)界廠商都已積極開發(fā)3D檢測(cè)技術(shù)，目前看來(lái)也已有所成，3D檢測(cè)將廣泛被運(yùn)用於各種產(chǎn)業(yè)中，例如汽車、半導(dǎo)體 消費(fèi)性電子零件、金屬、玻璃等，其中亞太地區(qū)將是主要應(yīng)用市場(chǎng)，其應(yīng)用包含品質(zhì)檢測(cè)定位導(dǎo)引，量測(cè)及識(shí)別等，應(yīng)用於品質(zhì)檢測(cè)及定位導(dǎo)引需求量將為最大。

全面布局 打造完整方案

除了與機(jī)器手臂整合和發(fā)展3D檢測(cè)技術(shù)外，產(chǎn)品的全面布局也是機(jī)器視覺廠商因應(yīng)智慧製造趨勢(shì)的重要關(guān)鍵，由於機(jī)器視覺是自動(dòng)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(jī)、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(jī)應(yīng)用需求的Smart Camera等，也都是必須，由於機(jī)器視覺的應(yīng)用包羅萬(wàn)象，各產(chǎn)業(yè)都會(huì)有其可應(yīng)用發(fā)揮的空間，在臺(tái)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(jī)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(wèn)題，唯有整合，才能擴(kuò)大自動(dòng)化生產(chǎn)的完整性。

目前機(jī)器視覺市場(chǎng)的客戶，主要有三類，第一類是製造業(yè)者，也就是設(shè)備的終端使用者，第二類為系統(tǒng)整合商，最後則是產(chǎn)業(yè)機(jī)器設(shè)備製造商；而機(jī)器視覺本身，亦可區(qū)分為兩大主軸，分別是PC-Based及單機(jī)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(jìn)行整合；軟體部份則需要具有程式能力的軟體工程師，來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)，這一類設(shè)備的開發(fā)時(shí)程較長(zhǎng)，適用於有獨(dú)特需求、並具備軟體開發(fā)能力的使用者。

圖3 : 機(jī)器視覺在製程上的建置方式，多是在生產(chǎn)線側(cè)面或上端設(shè)置工業(yè)相機(jī)，快速檢測(cè)產(chǎn)品的外觀、標(biāo)籤位置等(Source: Conceptsystem)

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(jiǎn)單易操作、All in one的單機(jī)型設(shè)備，只需要對(duì)機(jī)器視覺有一定程度的概念與實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)，即可透過(guò)套裝軟體完成單機(jī)型設(shè)備參數(shù)的設(shè)定。

像是在工廠製造螺帽與螺絲，機(jī)器視覺的檢測(cè)就包含了GIGI的四個(gè)面向與其他技術(shù)的整合，在運(yùn)作中，系統(tǒng)先透過(guò)攝影機(jī)辨識(shí)螺絲的方向，指示機(jī)械手臂的夾取，再由相機(jī)擷取影像，同時(shí)進(jìn)行螺距的量測(cè)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(yùn)動(dòng)控制，基本上每個(gè)動(dòng)作都不困難，但困難的問(wèn)題在於如何整合成順暢的生產(chǎn)線流程。

審慎評(píng)估 選擇最適合系統(tǒng)

至於如何選擇適用的元件，業(yè)者建議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(jī)版本，軟體的靈活控制為最優(yōu)先項(xiàng)目，因應(yīng)不同需求，機(jī)器視覺必須有不同的作法以及客戶群，各有其優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，來(lái)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(jī)構(gòu)限制及功能需求，選擇最適宜的產(chǎn)品，是從經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)而來(lái)，就此來(lái)看，經(jīng)驗(yàn)將是自動(dòng)化系統(tǒng)整合時(shí)最關(guān)鍵的一環(huán)，由於現(xiàn)在資訊發(fā)達(dá)，各廠商之間的技術(shù)差距並不大，技術(shù)已成為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的必要條件，經(jīng)驗(yàn)才是決勝條件，豐富的經(jīng)驗(yàn)將可再有限的成本中，組裝出最適化、性價(jià)比最高的系統(tǒng)，因此製造業(yè)者在面對(duì)市場(chǎng)眾多選擇時(shí)，可以從經(jīng)驗(yàn)多寡的面向來(lái)挑選廠商，而非一味只從價(jià)格考量，否則其結(jié)果將會(huì)得不償失。