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給設(shè)備安裝“智眼”,機(jī)器視覺為工業(yè)4.0構(gòu)建四大核心能力

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  • 來源:光虎光電科技(天津)有限公司

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  • 發(fā)布時(shí)間:2019-04-09 03:11:13

縱觀人類歷史長河,工業(yè)時(shí)代以前的生產(chǎn)力增長幾不可察,而近200多年生產(chǎn)力發(fā)生飛躍式變化正是得益于工業(yè)革命。以蒸汽機(jī)為標(biāo)志的機(jī)械化工業(yè)革命1.0使人的體力被解放和大幅提升;以電力為標(biāo)志的電氣化工業(yè)革命2.0實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模流水線作業(yè),開創(chuàng)了產(chǎn)品批量標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的新模式;以電子和計(jì)算機(jī)為標(biāo)志的自動化工業(yè)革命3.0實(shí)現(xiàn)了程序化自動化生產(chǎn),不但解放了體力勞動,還部分接管了腦力勞動,工業(yè)邁入“無人(少人)化”。

社會進(jìn)步永遠(yuǎn)離不開以人為本,工業(yè)生產(chǎn)滿足人們基本需求以后,必定向著越來越精致化、人性化、個性化的方向發(fā)展,必定要走向無人生產(chǎn)、靈動制造之路,工業(yè)4.0時(shí)代唯有發(fā)展智能制造,別無它途。

一、工業(yè)4.0時(shí)代的技術(shù)特點(diǎn)——視覺與圖像技術(shù)是核心(從“智眼”到“智人”)

國務(wù)院《中國制造2025》非常務(wù)實(shí),未來10年我國智能制造的首要目的是在解放勞動力的前提下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力與生產(chǎn)質(zhì)量的進(jìn)一步提高,我們認(rèn)為核心競爭力還是比的“快速”和“精準(zhǔn)”(精準(zhǔn)是能力,也是質(zhì)量)。智能制造的核心是“智”?!爸恰钡暮诵氖鞘裁础褪切畔@取的快和準(zhǔn)、信息處理的快和準(zhǔn)。一個人的武功高低,要看“手眼身法步”,要想成為智能制造的武林高手,“眼力”和“招法”的水準(zhǔn)是核心之中的核心。

人們感知外界信息的80%是通過眼睛獲得的,圖像包含的信息量是最巨大的。信息時(shí)代,特別是工業(yè)信息時(shí)代,視覺圖像技術(shù)注定將成為扛鼎。

視覺技術(shù),極大提高了工業(yè)自動化中信息的獲取能力,信息將不再是單一維度的簡單數(shù)據(jù),而是廣域立體的海量數(shù)據(jù),同時(shí)在速度、尺寸、光譜等維度大大突破人眼極限。例如:視覺系統(tǒng)基本覆蓋全光譜,分辨率可以達(dá)到1微米,速度可以達(dá)到每秒上億幀,這在速度和精度上都大大超出了當(dāng)前的工業(yè)制造水平,甚至滿足未來相當(dāng)長時(shí)間更加精密、更加高速的制造要求,完全可保障在工業(yè)制造中信息獲取的快和準(zhǔn)。另一方面,圖像技術(shù)飛速發(fā)展,讓海量圖像信息得以高速、實(shí)時(shí)、智能的被分析利用,大大提高了人的判決速度,越來越接近人的智慧程度,助推工業(yè)生產(chǎn)中信息處理的快和準(zhǔn)。

視覺與圖像技術(shù)相結(jié)合就是給工業(yè)設(shè)備安裝了一雙超級“智眼”。

未來的工業(yè)生產(chǎn)將以“智眼”為核心,裝備在千千萬萬、形形色色的設(shè)備上,指揮各種各樣的“手、腳、身體”動作,實(shí)現(xiàn)“深度感知、智慧決策、自動執(zhí)行”,成為“智人”,讓自動化智能化工業(yè)制造插上翅膀騰飛!

二、視覺技術(shù)服務(wù)工業(yè)4.0的技術(shù)架構(gòu)——四個智能化(智能識別、智能測量、智能檢測、智能互聯(lián))

視覺圖像到底要發(fā)展哪些技術(shù),究竟會如何改變我們的工業(yè),讓我們想像一下未來生產(chǎn)制造的景象吧。

在一個電子產(chǎn)品的生產(chǎn)車間,各種芯片和元器件的尺寸已經(jīng)從幾mm~幾十mm縮小到幾微米到幾十微米,元器件的焊接和組裝在視覺系統(tǒng)的導(dǎo)引下由生產(chǎn)機(jī)器人如做外科手術(shù)般精密的操作,由于器件的尺寸和質(zhì)量都減小了幾百倍,裝配速度大幅提高,每秒鐘可以完成上百次動作,生產(chǎn)效率提高了百倍,一個包含了上千元器件的電子產(chǎn)品在流水作業(yè)中只需10秒鐘就制造完成。

視覺系統(tǒng)采用了10個成像單元同時(shí)工作,實(shí)現(xiàn)多角度立體成像,大范圍毫米級成像和超精密微米級成像相結(jié)合,每個成像單元的速度都到達(dá)了每秒1000幀以上,整個系統(tǒng)同時(shí)獲取的圖像信息超過每秒1萬幀,都可以實(shí)時(shí)處理并綜合完成目標(biāo)定位,精確測量,發(fā)出精確動作指令。

同時(shí),另外10個成像單元對產(chǎn)品,立即進(jìn)行多角度多維度掃描,確認(rèn)質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。忽然,某個產(chǎn)品的一個焊點(diǎn)出現(xiàn)問題了,合格焊接面積2微米,實(shí)際只達(dá)到了0.85微米,這將導(dǎo)致信號傳輸?shù)淖杩乖龃蠖构ぷ黝l率達(dá)不到正常范圍,視覺系統(tǒng)立即導(dǎo)引檢驗(yàn)機(jī)器人,剔除廢品至分支工序進(jìn)行修復(fù)。

組裝車間超過500個成像單元監(jiān)控各種環(huán)境指標(biāo),并把全部圖像數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)綜合到中央信息服務(wù)器,經(jīng)過分析,在出現(xiàn)焊點(diǎn)偏差的瞬時(shí),共發(fā)現(xiàn)5個異常,包括驅(qū)動電流的一個微小波動、一次動作微小阻滯……問題找到了,圖像分析和歷史數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)其中一個關(guān)節(jié)的潤滑接近保養(yǎng)壽命,立即進(jìn)行自動補(bǔ)償潤滑,故障隱患排除,系統(tǒng)飛速運(yùn)轉(zhuǎn)如?!?/span>

上述場景遠(yuǎn)不能覆蓋工業(yè)4.0的全部,但管中窺豹,可見一斑。面對這些要求,視覺圖像技術(shù)需要重點(diǎn)構(gòu)建四大核心能力。

第一,智能識別。識別的目的是為下一步操作找到目標(biāo),目標(biāo)識別要從大量信息中找到關(guān)鍵特征,需要把海量信息快速收斂,其智能程度要求高,準(zhǔn)確度和可靠度是關(guān)鍵。

第二,智能測量。測量是工業(yè)的基礎(chǔ),沒有測量就沒有產(chǎn)品,測量的功夫高低就看精準(zhǔn)度。

第三,智能檢測。檢測是在測量的基礎(chǔ)上完成的,根據(jù)測量結(jié)果和目標(biāo)之間的偏離度,判斷合格與否。但是檢測往往不是單一指標(biāo)的結(jié)果比較,需要多信息多指標(biāo)綜合分析判斷,基于復(fù)雜邏輯的智能化判斷是關(guān)鍵。

第四,智能互聯(lián)。“未來是數(shù)據(jù)的世界”,數(shù)據(jù)互聯(lián)將迸發(fā)無窮的創(chuàng)造力。就像人的大腦神經(jīng)元,當(dāng)信息和節(jié)點(diǎn)超過一定數(shù)量,就能產(chǎn)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)造能力,創(chuàng)造才是智慧,創(chuàng)造才是發(fā)展之源。當(dāng)圖像的海量數(shù)據(jù)在多節(jié)點(diǎn)采集互聯(lián),同時(shí)將人員、設(shè)備、生產(chǎn)物資、環(huán)境、工藝等等數(shù)據(jù)互聯(lián),就會衍生出深度學(xué)習(xí)、智能優(yōu)化、智能預(yù)測等等創(chuàng)新能力,顯示出大數(shù)據(jù)的魅力,才會展示出工業(yè)4.0的真正威力。

面向未來工業(yè)的視覺圖像的硬件、軟件、集成技術(shù)發(fā)展,將會進(jìn)入目標(biāo)不斷升級,技術(shù)上精益求精,創(chuàng)新腳步永不停息的時(shí)代!而中國從事機(jī)器視覺的企業(yè)正逢其時(shí),要努力發(fā)展核心能力和加強(qiáng)創(chuàng)新,同時(shí)大力聯(lián)合自動化設(shè)備商、機(jī)器人制造商,“為機(jī)器植入眼睛和大腦”,讓視覺圖像技術(shù)成為中堅(jiān),扛起制造產(chǎn)業(yè)升級的大旗!

三、時(shí)代之選,行業(yè)之幸,中國之幸!

工業(yè)4.0概念,最大的受益者是中國,對于在勞動力密集時(shí)代嘗到甜頭而對威脅尚不敏感的中國制造業(yè)如當(dāng)頭棒喝,又似醍醐灌頂。發(fā)展制造業(yè)是中國的國家戰(zhàn)略,《中國制造2025》已經(jīng)昭示了政府的動心和決心,一經(jīng)發(fā)動必將高速改變局面,我國工業(yè)也將走向新的高度。

機(jī)器視覺行業(yè)重點(diǎn)聚焦服務(wù)工業(yè)。在過去很多年的發(fā)展中規(guī)模始終偏小,研發(fā)多以項(xiàng)目運(yùn)作,規(guī)?;笈繎?yīng)用的產(chǎn)品開發(fā)鳳毛麟角,遠(yuǎn)不成氣候,這也是我國制造業(yè)普遍自動化程度低,自我革新驅(qū)動力弱所致。

但是中國的機(jī)器視覺的先行者在相對狹小空間積極拓展,積蓄能量,積累了相當(dāng)一批人才、技術(shù)與管理經(jīng)驗(yàn),例如在成像及照明、軟件算法等高端技術(shù)與國外基本相當(dāng)或差距很小,我們的一些產(chǎn)品甚至在性能和技術(shù)創(chuàng)新方面超過國外同類,盡管在產(chǎn)品化方面諸如可靠性、易用性存在短板,但差距也不甚大。當(dāng)前,我國制造業(yè)的變革一定會引爆視覺圖像行業(yè)高速發(fā)展,中國機(jī)器視覺也必須責(zé)無旁貸的擔(dān)當(dāng)這個歷史使命,助力中國工業(yè)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級,知難而進(jìn),后來居上!

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