18世紀末期,工業1.0以蒸汽動力驅動機械生產。20世紀初期,電力促使邁向工業2.0,進行大量生產。1970年代電子結合IT促成自動化生產,亦即持續至今的工業3.0。接下來是工業物聯網和工業4.0,以網絡系統來監控、分析并改善制造營運。網絡系統是未來智能工廠的基礎,但成敗取決于數據收集、處理和分析能力,這就是智能視覺派上用場的時候了。
工業物聯網的系統建置目標聚焦于制造業前端設計與后端制程系統,用以提高產線彈性,現在市場上的工業物聯網作法有兩種,一是設備中建置傳感器,傳感器可快速判斷工件的類別,改變生產方式,不過一旦所需處理的工件種類變多,這需要系統復雜度也必須同步提升,另一是將產線系統設備模塊化,一旦產品或制程將產線拆開重組,即可組裝成適合的生產系統。這兩種方式都會牽涉到不同系統的整合,不變的是智能視覺技術都在其中占有非常重要的地位。品管是最后產品質量把關的環節,在智能視覺技術未臻成熟之前,過去一向以人力為主,以太陽能、LED產業為例,就有超過20%的人力投注在此,不過產品檢測單調且冗長的作業模式,容易使操作者出現疲勞、注意力分散等問題,現在智能視覺技術逐漸精進,足以擔當產品檢測重任,因此可以被導入產線以提高了產能、降低成本。
總體來看,視覺檢測在2000年開始被大量應用,當時主要應用領域是PCB(Printed Circuit Board;印刷電路板)與FPD(Flat Panel Display;平面顯示器),不過主要都用來做瑕疵檢測,隨著技術進步,現在的視覺檢測功能已不再只局限于此,包括尺寸檢測與顏色、條形碼、車牌等辨識都已能勝任,其應用也仍不斷擴大。
目前機器可視化的檢測作法,是將視覺傳感器與鏡頭,直接建在系統設備上,當產品傳送至該站時,即可被檢測,這種作法的好處是可以全檢,不像一般用抽檢的方式,產品質量可全面獲得保障,另一個優點是速度快,可加快檢測速度。視覺檢測是現代自動化系統相當重要的部份,而此一技術也是現代與傳統自動化的主要差異,20年前智能視覺因技術尚未成熟,與自動化系統整合的難度相當高,就算整合進去,判別速度也有限,不過隨著視覺算法、判斷法則的進步,再加上現在PC的強大功能,未來視覺檢測會大量應用在各類制程。
另外,現在視覺技術也可用來進行定位與尺寸的量測,例如工研院機械所就曾接過馬達廠的案子,利用視覺技術檢測馬達內的線圈,由于受測馬達的線圈相當大,整體長度超過2公尺,這種產品對于尺寸的準確度要求相當高,因此在繞線完后,必須確定尺寸的正確與否?對此,工研院就特別開發專屬機臺,用視覺檢測大型馬達線圈尺寸,馬達的尺寸量測非常復雜,不僅是3D量測,還有曲度、各個旋轉的R角等,這些復雜的尺寸量測,以前用人工,光是一個線圈就需要數小時,而機械所開發的機臺,只要在2~3分鐘可完成,大幅提升了量測效率。
另一種視覺應用是與機器人整合,進行定位、導引,過去機器人動作時,因沒有視覺配合,必須事先規劃行徑路線,因此應用不但大為受限且缺少彈性,若工件規格有所變化,就必須更改程序,在機器人身上加入視覺裝置后,由視覺傳感器可回饋訊號,讓機器人自主判斷工件的形狀、顏色、位置,即便尺寸、位置更動,也不必重寫程序,如此將可大幅提升自動化產線的彈性。
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原文標題:AI|智能視覺技術推動工業物聯網加速落地
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