机器视觉为什么是工业4.0的关键吗

沧海桑田,如今,在许多现代化工厂,工人变成了流水线旁负责巡检的“配角”,工业机器人替代了繁重的人工作业,电子信息技术的广泛应用让生产的自动化水平大幅提高,工业界也由此步入了3．0时代。

然而,传统的工业机器人大多是通过示教再现或者预编程来实现各种简单的操作,这极大地限制了机器人的应用。如果能让机器像人一样具有自我意识,可以根据产品的位置、亮度、颜色、表面特征等信息进行对应的操作,显然能进一步解放生产力,完成柔性化的制造,而实现这一切的前提就是为机器人装上“眼睛”,也就是“机器视觉”。某种意义上可以说,机器视觉是赋予工业机器人智慧化,并助力整个工业从3．0时代步入4．0时代的关键一环,为智能制造的落地打开了“新窗口”。

顾名思义,机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断,通过视觉系统对产品图像摄取,同时将被摄取的目标转换为图像信号传送给专用的图像处理系统,得到被摄目标的形态信息,再将像素分布和亮度、颜色等信息转变成数字化信号,图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别结果来控制现场的设备动作。

和人眼相比,机器视觉具有效率快、精准性高且永不知疲倦等显著优势,因而被广泛应用于工业制造的各个环节,比如上下料过程中使用机器视觉进行定位,引导机械手臂准确抓取;比如在自动化包装领域进行物品数量的识别和数据的追溯;再比如对一些精密度较高的产品进行分类和瑕疵检测,这也是机器视觉目前应用最广泛、取代人工最多的环节。

我们不妨以汽车轮毂分类/分割场景为例:作为轮胎的骨架,轮毂扮演着汽车配件中的重要角色,根据直径、宽度、成型方式、材料不同种类繁多。从制造的维度来看,汽车轮毂大多是铸件,铸造完成后要进行精加工,轮毂有上百种类型,不同的类型应选择不同加工路线、加工机床、刀具等。在自动化生产线上要实现多品种的混流生产,首先要完成的就是轮毂类型的识别。除此之外,轮毂的质量好坏还直接决定了车辆行驶过程中的安全性能,然而其制造成型过程中受工艺参数、冷却系统等因素的影响,却极易产生气孔、缩孔、缩松等内部缺陷。为了保证产品质量,缺陷检测/分割环节也必不可少。

无论是轮毂分类还是分割,这些任务早期都是由人工方式来完成,流水线周而复始,工人没有片刻休息时间。在工作强度大、时间长、长期紧张的工作状态下,工人容易感到疲倦,在作业中也不可避免地受到情绪波动、注意力不集中、疏忽大意等因素的影响,导致分类/分割工作的速度、稳定性和准确性都无法保障。

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