工業(yè)4.0離不開智能制造,智能制造離不開機器視覺。機器視覺是近年來發(fā)展迅速的一項新技術(shù),利用光機電一體化的手段使機器具有視覺的功能。機器視覺為工業(yè)自動化打開了“新窗口”。智能制造時代,機器視覺發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>
機器視覺讓機器看懂世界題
顧名思義,機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺的應(yīng)用主要表現(xiàn)在四個方面:
①引導(dǎo)和定位:上下料使用機器視覺來定位,引導(dǎo)機械手臂準確抓取。
②外觀檢測:檢測生產(chǎn)線上產(chǎn)品有無質(zhì)量問題,該環(huán)節(jié)也是取代人工最多的環(huán)節(jié)。
③高精度檢測:有些產(chǎn)品的精密度較高,達到0.01~0.02m甚至到u級,人眼無法檢測必須使用機器完成。
④識別:數(shù)據(jù)的追溯和采集,在汽車零部件、食品、藥品等應(yīng)用較多。
以檢測應(yīng)用為例,簡單介紹機器視覺的工作原理。用工業(yè)相機采集被檢測器件的圖像,這是機器視覺最重要的一個環(huán)節(jié),為了檢測出所有需要的特征,需要不斷地調(diào)整光源和相機的參數(shù),然后利用專業(yè)的圖像處理軟件將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,再對其進行運算,抽取目標的待檢測特征,如顏色、器件表面是否有劃痕、規(guī)格大小是否合格、表面涂料是否均勻等等,然后輸出結(jié)果,反饋到機械端對器件進行分檢,將不合格器件挑選出來,即圖像獲取、信息處理和完成分揀三個過程。如圖所示:
(機器視覺技術(shù)的工作原理)
智能制造時代,機器視覺發(fā)展?jié)摿薮?/p>
全球機器視覺產(chǎn)業(yè)主要分布于北美、歐洲以及日本地區(qū),其中北美占比達62%,歐洲占比為15%,日本則為10%。
中國機器視覺相關(guān)產(chǎn)業(yè)起步較晚,但發(fā)展速度迅速,自2009年以來進入高速發(fā)展期,年增速達到15-20%左右。目前,中國已成為繼美國和日本之后的全球第三大機器視覺市場。2015年其市場規(guī)模達到22億元,全球占比8.3%,增速為22.2%,遠高于全球平均水平。2016-2020年,中國機器視覺市場增速預(yù)計將保持在20%以上,將達到十億美金級的市場空間。
我國機器視覺系統(tǒng)目前仍主要應(yīng)用在半導(dǎo)體及電子制造領(lǐng)域,2015年占比高達46.4%,其中較為突出的是在SMT貼片、AOI/AXI設(shè)備以及連接器檢測上。汽車和制藥在機器視覺應(yīng)用下游中同樣占比可觀,2015年分別達到了10.9%、9.7%。(數(shù)據(jù)來源:中國報告網(wǎng))
機器視覺系統(tǒng)的優(yōu)勢在于提高生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)線自動化程度。尤其是在一些不適合人工作業(yè)的危險工作或人眼難以滿足要求的場合;同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中,用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高,用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。業(yè)內(nèi)預(yù)計,機器視覺未來市場將會進一步打開。
機器視覺技術(shù)工業(yè)大應(yīng)用
當前國內(nèi)機器視覺技術(shù)廣泛應(yīng)用于電子及半導(dǎo)體制造、汽車制造、工業(yè)檢測、藥品檢測分裝、食品包裝、印刷檢測、鐵路及公路檢測、公共安全、金融、生物醫(yī)學(xué)、娛樂、軍事、化工及科研等領(lǐng)域。而工業(yè)領(lǐng)域毋庸置疑是機器視覺應(yīng)用比重最大的領(lǐng)域,其重要原因是中國已經(jīng)成為全球制造業(yè)的加工中心,高要求的零部件加工及其相應(yīng)的先進生產(chǎn)線改造,使機器視覺產(chǎn)品在工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用達到**。
基于機器視覺的工業(yè)機器人定位技術(shù)
機器人的智能化程度影響著整個工業(yè)演化的進程,傳統(tǒng)的機器人大多是通過示教再現(xiàn)或者預(yù)編程來實現(xiàn)各種操作,極大地限制了機器人的應(yīng)用。具有力覺、機器視覺及多種傳感器的機器人運動控制技術(shù),是柔性自動化制造技術(shù)中的典范,利用機器人的視覺控制,不需要預(yù)先對工業(yè)機器人的運動軌跡進行示教或離線編程,可節(jié)約大量的編程時間,提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。
(基于機器視覺的工業(yè)機器人定位技術(shù)流程)
讓機器人像人一樣,有自我意識:走到什么地方,去抓取什么工件,用多大力度去抓,把工件放置在什么位置進行裝配,不是由人類設(shè)定程序控制,而是機器人自己做。這個“自我控制”的過程實際上就是通過機器視覺技術(shù)讓工業(yè)機器人有了智力。
工業(yè)在線檢測系統(tǒng)
機器視覺在工業(yè)在線檢測的各個應(yīng)用領(lǐng)域十分活躍,如:印刷電路板的視覺檢查、鋼板表面的自動探傷、大型工件平行度和垂直度測量、容器容積或雜質(zhì)檢測、機械零件的自動識別分類和幾何尺寸測量等。
如英國ROVER(英孚)汽車公司800系列汽車車身輪廓尺寸精度的100%在線檢測,是機器視覺系統(tǒng)用于工業(yè)檢測中的一個較為典型的例子,該系統(tǒng)由62個測量單元組成,每個測量單元包括一臺激光器和一個CCD攝像機,用以檢測車身外殼上288個測量點。檢測系統(tǒng)以每40秒檢測一個車身的速度,檢測三種類型的車身。系統(tǒng)將檢測結(jié)果與CAD模型中的尺寸相比較,測量精度為±0.1mm。
(汽車車身在線檢測)
再如,金屬板表面自動探傷系統(tǒng)利用機器視覺技術(shù)對金屬表面缺陷進行自動檢查,在生產(chǎn)過程中高速、準確地進行檢測,同時由于采用非接觸式測量,避免了產(chǎn)生新劃傷的可能。
圖像識別完成數(shù)據(jù)的追溯和采集
電子標簽是近年發(fā)展起來的一項新技術(shù),它采用機器視覺的識別技術(shù),將涉及產(chǎn)品的各種質(zhì)量信息寫入或讀出。如在四缸發(fā)動機的缸體生產(chǎn)線上,主軸承蓋在缸體上的裝配是一個典型示例。
5個主軸承蓋的前端部呈不同的臺階狀,各不相同。通過每個零件上的數(shù)字標識,按規(guī)定順序和方向安裝。在生產(chǎn)線的擰緊裝配工位和翻轉(zhuǎn)工位之間設(shè)置一檢測工位,通過自動識別,判斷裝配結(jié)果的正確性。若全部正確,則缸體繼續(xù)流向下一工位,否則報警并給PLC發(fā)出指令,使生產(chǎn)線停機,將有問題的缸體下線返修。為了適應(yīng)1件/分鐘的裝配節(jié)拍,采用在缸體移動過程中檢測,2個光電視覺傳感器分別前后布置在生產(chǎn)線的上方和一側(cè)。前一個為零件定位傳感器,用以自動準確地觸發(fā)采樣,后一個用于動態(tài)識別5個主軸承蓋的表面幾何形狀。根據(jù)預(yù)先置入的各主軸承蓋特征參數(shù)和采集到的傳感器輸出信號,可確定是否裝錯并指示具體出錯位置。(案例來源:大眾動力總成朱正德)
機器視覺行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)廠商
據(jù)統(tǒng)計,中國的國際機器視覺品牌已超100多家,中國自己的機器視覺企業(yè)也超過102家,機器視覺產(chǎn)品代理商超過200家,專業(yè)的機器視覺系統(tǒng)集成商超過50家。
(國外知名的機器視覺廠商)
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原文標題:機器視覺帶你“洞見”工業(yè)4.0
文章出處:【微信號:MEMSensor,微信公眾號:MEMS】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
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